Иерархия систем

Отношения «система — среда»

 Принцип (общий) дополнительности Н. Бора

 Принцип торможения развития

 Закон развития системы за счет окружающей ее среды

 Принцип преломления действующего фактора в иерархии систем (и внутри системы)

 Закон функционально-системной неравномерности

 Принцип скользящих среднемаксимадьных случайного статистического ряда

 Правило затухания процессов

 Закон растворения системы в чуждой среде Г. Ф. Хильми

34. Что понимается под аксиомой эмерджентности.

Универсальное свойство экосистем – их эмерджентность (от англ. эмердженс – возникновение, появление нового), заключающееся в том, что свойства системы как целого не являются простой суммой свойств, слагающих её частей или элементов. Например, одно дерево, как и редкий древостой, не составляет леса, т.к. не создает определенной среды (почвенной, гидрологической, метеорологической и др.) и свойственных лесу взаимосвязей различных звеньев, обусловливающих новое качество. Недоучет эмерджентности может приводить к крупным просчетам при вмешательстве человека в жизнь экосистем или при конструировании систем для выполнения определенных целей. Например, с\х поля (агроценозы) имеют низкий коэффициент эмерджентности и поэтому характеризуются крайне низкой способностью саморегулирования и устойчивости. В них, вследствие бедного видового состава организмов, крайне незначительны взаимосвязи, велика вероятность интенсивного размножения отдельных нежелательных видов (сорняков, вредителей).

35. Антропогенное воздействие на окружающую среду: этапы, основные направления воздействия на биосферу современного человека, группы источников воздействия.

36. Антропогенное воздействие на биосферу физических факторов.

Антропогенное загрязнение. Загрязнение, возникающее в результате хозяйственной деятельности людей, в том числе их прямое или косвенное влияние на состав и интенсивность природного (естественного) загрязнения называют антропогенным. Эколог Э. Кормонди подчеркивал: «Загрязнители — нормальные побочные продукты жизнедеятельности человека как биологического вида и как социального творческого существа. Они представляют собой органические и неорганические отходы метаболизма и пищеварения, а также деятельности по выращиванию и защите урожая, обогреву жилища, производству одежды, овладению энергией и т. д.».

Прямое и косвенное, преднамеренное и непреднамеренное воздействия на природу. Прямым антропогенным воздействием называют непосредственное влияние деятельности человека на природные экосистемы. Прямое воздействие — это любой вид непосредственного вторжения человека в биогеоценозы: строительство поселений, дорог, использование земель в сельскохозяйственном производстве, ведение лесозаготовок, охотничьего или рыболовецкого промысла, добыча полезных ископаемых, промышленное производство и др. Все это ведет к перерождению биогеоценозов и сужению разнообразия биологических видов, а также к накоплению загрязнений в природной среде.

Последствия подобной деятельности не ограничиваются только прямым преднамеренным воздействием на природу. Учитывать следует также косвенны е и отдаленные последствия хозяйствования. Так, лесозаготовительные работы в бассейне реки могут привести к ряду взаимосвязанных послед­ствий: уменьшению влажности почвы, снижению уровня грунтовых вод, усыханию притоков реки, снижению уровня воды в реке и в озере, куда она впадает, изменению водных и почвенных биоценозов. В озере могут создаться условия, уменьшающие численность некоторых видов рыб, развивающие цианобактерии («цветение» водоема). В результате эта цепочка событий приведет к отрицательным последствиям для людей, живущих около водоема и пользующихся его водой. Характерные примеры цепной реакции непреднамеренных воздействий первичной преднамеренной хозяйственной акции — это последствия использования пестицидов в сельском хозяйстве.

Человек, как и любой другой организм, с момента возникновения на Земле влиял на биосферу. Выделяют следующие основные этапы воздействия человека на окружающую среду:

• влияние на биосферу как биологического вида;

• сверхинтенсивная охота без изменения экологических систем в целом (в период становления человечества);

• изменение экосистем через естественно идущие процессы: пастьбу, усиление роста трав путем их выжигания и т. п.;

• усиление влияния путем распашки земель и вырубки лесов;

• глобальное изменение структурных компонентов наиболее крупных экосистем, биомов и биосферы в целом.

Последний этап начался примерно 250 лет назад. Источниками антропогенного воздействия на биосферу, а следовательно, и загрязнения являются промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, сфера потребления и быта — любая деятельность современного человека.

Воздействие на биосферу современного человека происходит по следующим основным направлениям:

• изменение структуры земной поверхности (распашка земель, горнодобыча, вырубка лесов, осушение болот, создание искусственных водоемов и водотоков и т. п.);

• изменение химического состава природной среды, крговорота и баланса веществ (изъятие и переработка полезных ископаемых, размещение отходов производства в отвалах, на полигонах, в атмосферном воздухе, водных объектах);

• изменение энергетического (в частности, теплового) баланса в пределах как отдельных регионов земного шара, так и на планетарном уровне;

• изменения в составе биоты (совокупности живых организмов) в результате истребления одних видов животных и растений, создания других видов (пород), перемещения их на новые места обитания (интродукция).

По состоянию на конец XX в. среди существующих источников воздействия выделяют:

• главные источники антропогенного загрязнения воздуха: энергетику, транспорт, черную и цветную металлургию, химию и нефтехимию;

• основные загрязнители гидросферы: предприятия целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, химической, пищевой и легкой промышленности. В последнее время значительно увеличилась доля загрязнений, поступающих в водоемы от индустриального сельского хозяйства;

• основная масса промышленных твердых и жидких отходов образуется на предприятиях горнодобычи и горнопереработки, энергетики, металлургической и химической отраслей промышленности.

Твердые отходы, поступающие в окружающую среду, подразделяют на сельскохозяйственные, промышленные и бытовые. Утилизация твердых бытовых отходов повсеместно затруднена.

На биосферу Земли постоянно воздействуют, наряду с химическими, многочисленные физические факторы. Значимость воздействия этих факторов антропогенного происхождения достаточно ощутима и продолжает увеличиваться, а в ряде случаев физическое воздействие на конкретные экосистемы значительно превышает химическое. Наиболее широко известны примеры радиационного загрязнения.

Физическое загрязнение связано с отклонением за пределы нормального диапазона колебаний параметров (уровня) физических абиотических факторов среды обитания. Теоретически это относится абсолютно ко всем климатическим и топографическим экологическим факторам. Реально в наше время ощущается антропогенное воздействие на такие физические факторы, как температура, уровень звука и вибрации, интенсивность различных электромагнитных излучений, включая ионизирующее и световое. Это воздействие стало столь значительно, что соответствующие физические загрязнения выходят за рамки локальных и ощущаются на глобальном уровне.

А) Тепловое загрязнение

Б) Шумовое загрязнение

В) Вибрационное загрязнение

Г) Электромагнитное загрязнение

Д) Радиационное (ионизирующее) загрязнение

37. Концепция ресурсных циклов и ее значение для оптимизации обмена веществ между обществом и природой.

Ресурсный цикл. К концу второго тысячелетия в биосфере наряду с биогеохимическим круговоротом веществ сформировался антропогенный круговорот веществ, или ресурсный цикл.

Ресурсный цикл — обмен веществ между природой и обществом, включающий извлечение естественных ресурсов из природной среды, вовлечение их в хозяйственный оборот с последующей утилизацией, а также возвращение трансформированной природной субстанции в окружающую среду. Аналогом ресурсного цикла является жизненный цикл продукции — новое понятие, введенное международными стандартами ИСО серии 14 000. Cхема ресурсного цикла включает основные этапы цепи «сырье — производство — эксплуатация (потребление) — утилизация (вторичные ресурсы) — отходы».

Этап 1. Разведка, добыча природного ресурса, представленного i-ым видом сырья или материала, топлива или энергии

Этап 2. Изготовление i-го изделия, детали, полупродукта N

Этап 3. Производство из Z N- изделий, деталей, полупродуктов некоего предмета потребления или объекта (например, транспортного средства, медицинского центра или космического спутника связи) для оказания в дальнейшем услуги (соответственно, транспортной, медицинской, информационной или иной, необходимой обществу).

Этап 4. Эксплуатация объекта (включая хранение, например, транспортных средств на стоянках) для удовлетворе ния потребности общества и конкретных людей в предмете (по­

требление предмета), в транспортной, медицинской, информа­

ционной или иной услуге, а также в культурно-эстетической

сфере, т. е. реализация той цели, для достижения которой на

предыдущем этапе и был изготовлен предмет или объект.

Этап 5 Ремонт объекта для восстановления утраченных потребительских свойств (технических характеристик) с целью продления срока службы, если это по каким-либо причинам (например, экономическим) рациональнее изготовления объекта заново.

Этап 6. Реновация объекта, т. е. подготовка к эксплуатации его (или его узлов, агрегатов, комплектующих) по иному назначению или в иной (преимущественно менее ответственной) сфере потребления

Этап 7. Утилизация объекта, его узлов и деталей, а также всех отходов и веществ, уловленных при очистке выбросов в атмосферу и сбросов в природные водоемы на предыдущих этапах, с выделением всего, что может быть использовано повторно в качестве вторичных материальных (BMP) и энергетических ресурсов (ВЭР).

На каждом этапе превращения природного ресурса в конечный продукт имеются потери используемого вещества. При добыче полезных ископаемых в отвалы направляется «пустая порода». Значительны потери при транспортировке сырья к месту переработки. При выработке энергии, например с использованием органического топлива, оно полностью превращается в иные соединения — золу, шлаки, оксиды углерода и др. Отсутствие технологий, обеспечивающих комплексную переработку сырья (т. е. использующих все его компоненты) на стадии производства изделий, приводит к образованию большого количества отходов.

Перемещение с этапа на этап требует дополнительных транспортных затрат, вызывающих в свою очередь загрязнение биосферы отходами транспортных средств. В среднем в процессе ресурсного цикла по целевому назначению используется не более 5% добытого вещества (а зачастую не более 1%), остальные 95% (99%) так или иначе попадают обратно в окружающую среду в виде отходов, не удовлетворив никаких потребностей человека.

Конечная продукция в свою очередь также является отходами, только отложенными во времени. Изготовленные изделия (машины, оборудование, предметы потребления), полученные химические соединения, все, что произв л человек, включая шедевры искусства и памятники истории, рано или поздно изнашивается, выходит из строя, разрушается и рассеивается в ОС. Вовлекаемые в ресурсный цикл вещества полностью возвращаются в окружающую среду.

Однако замкнутость ресурсного цикла существенно отличается от замкнутости биогеохимического или биотического цикла. Изъятый ресурс возвращается в биосферу в существенно измененном виде, в том числе с новым для природы сочетанием химических элементов. Такие соединения не могут быть ассимилированы в биосфере обычным путем. Кроме того, добытые для переработки природные ресурсы возвращаются не точно на место изъятия, а попадают в другие экологические системы; характерный пример — добыча фосфатов, их использование в качестве минерального удобрения и последующая эвтрофикация водоемов. Следовательно, антропогенный ресурсный цикл является главным источником загрязнения окружающей среды.

Основными направлениями совершенствования ресурсного цикла при некотором фиксированном уровне потребления общества являются:

• уменьшение потерь на этапах добычи и транспортировки ресурсов;

• разработка технологий, позволяющих использовать для производства (потребностей человека) максимально возможное количество компонентов извлекаемого сырья;

• уменьшение материалоемкости продукции, энергоемкости производства и эксплуатации продукции;

• увеличение срока службы изделий.

Совершенствование ресурсного цикла идет по пути создания новых технологий, оптимизации технических решений (в том числе оборудования), исходя из принципа минимизации экологического ущерба.

38. Понятие загрязнения окружающей среды.

39. Классификация видов и источников загрязнения.

Загрязнение окружающей среды. Привнесение в природную среду, или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных, физических, химических, информационных или биологических агентов, или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня (в пределах его крайних колебаний) воздействия перечисленных агентов на среду, приводящее к негативным (с позиций человека) последствиям, называют загрязнением.

В наиболее общем виде: ЗАГРЯЗНЕНИЕ — это все то, что появляется не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из равновесия, отличается от нормы, обычно наблюдаемой и (или) желательной для человека.

Загрязнение среды — сложный, многообразный процесс. При изучении или описании современных процессов в экосистемах и в биосфере в целом принято выделять загрязнение:

• химическое (или ингредиентное), заключающееся в изменении химического состава среды (отклонении от нормального уровня концентрации характерных ингредиентов и от появления новых);

• физическое (или параметрическое), связанное с отклонением от нормы физических параметров окружающей среды;

• биологическое, включающее микробиологическое (бактериями и вирусами — возбудителями болезней, носящих характер эпидемий) и макробиологическое (животными и растениями, случайно либо ошибочно интродуцированными в новые экосистемы).

В наши дни наиболее масштабным и значительным загрязнением окружающей природной среды считается химическое загрязнение, в большинстве случаев рассматриваемое отдельно для атмосферы, гидросферы и литосферы. При физическом же загрязнении выделить особенности его воздействия на отдельные компоненты биосферы труднее, поэтому его принято подразделять на виды: шумовое, электромагнитное, ионизирующее и т. п.

По масштабам воздействия различают загрязнение биосферы:

• локальное — характерно для городов, крупных промышленных и транспортных предприятий, районов добычи полезных ископаемых, крупных животноводческих комплексов и т. п.;

• региональное — охватывает значительные территории и акватории как результат влияния крупных промышленных районов;

• глобальное — распространяется на большие расстояния от места возникновения и оказывает неблагоприятное воздействие на крупные регионы, вплоть до общепланетарного влияния (чаще всего связано с выбросами в атмосферу).

Антропогенное загрязнение. Загрязнение, возникающее в результате хозяйственной деятельности людей, в том числе их прямое или косвенное влияние на состав и интенсивность природного (естественного) загрязнения называют антропогенным.

40. Факторы устойчивости к техногенным воздействиям. Самоочищение.

Потенциал самоочищения природной среды есть потенциал ее устойчивости к техногенным воздействиям.

Понятие «устойчивость экологическая» подразумевает способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних факторов. Нередко «устойчивость экологическая» рассматривается как синоним экологической стабильности. Устойчивость экосистем не может быть сохранена и.обеспечена, если будет нарушен закон внутреннего динамического равновесия. Под угрозой будет не только качество природной среды, но и существование всего комплекса природных компонентов в необозримом будущем. Закон внутреннего динамического равновесия действует как регулятор нагрузок на окружающую среду при условии, что не нарушены «баланс компонентный» и «баланс крупных территорий». Именно эти «балансы» являются нормами рационального природопользования, это они должны лежать в основе разработки мероприятий по охране окружающей среды в строительстве и реставрации. Суть этого закона состоит в том, что природная система обладает внутренней энергией, веществом, информацией и динамическим качеством, связанными между собой настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает в других или в том же, но в другом месте или в другое время, сопутствующие функционально-количественные перемены, сохраняющие сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических показателей всей природной системы. Это и обеспечивает системе такие свойства как сохранение равновесия, замыкание цикла в системе и ее «самовосстановление», «самоочищение».

41. Нормирование загрязнения, проблемы и подходы их реализации.

Под качеством природной среды понимают такое состояние ее экологических систем, при котором постоянно обеспечиваются обменные процессы энергии и веществ между природой и человеком на уровне, обеспечивающем воспроизводство жизни на Земле.

В новом Законе Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» (январь 2002г.) вопросам нормирования качества посвящен самостоятельный раздел, который содержит критерии правомерности поведения субъектов экологических правоотношений, определяет степень эффективности выполнения эколого-правового предписания и т. д.

В настоящее время используются разные нормативы качества окружающей природной среды, и функции их различны: одни дают оценку среды обитания человека, другие - лимитируют вредные воздействия на природу. Однако всех их объединяет общность целей, так как они определяют качество не социальной, а природной среды.

Нормирование качества окружающей природной среды — это процесс разработки и придания юридической силы научно обоснованным нормативам в виде показателей предельно допустимого воздействия человека на природу или среду обитания.

Норма - это мера воздействия. Предельно допустимой нормой является законодательно устанавливаемые допустимые размеры воздействия человека на природу или среду обитания.

Нормативы качества — предельно допустимые нормы воздействия на окружающую природную среду антропогенной деятельности человека.

В соответствии с Законом РФ «Об охране окружающей среды» к содержанию нормативов сформулированы следующие общие требования:

• экологическая безопасность населения;

• сохранение генетического фонда;

• обеспечение рационального использования и воспроизводства природных условий, устойчивого развития хозяйственной деятельности.

Цель этих требований - обеспечить научно обоснованное сочетание экологических и экономических интересов как основы общественного прогресса.

Предельно допустимые нормы - это своего рода вынужденный компромисс, который позволяет и развивать хозяйство, и охранять жизнь и благополучие человека.

Все нормативы качества окружающей природной среды делятся на три вида (группы): санитарно-гигиенические, производственно-хозяйственные, комплексные.

Санитарно-гигиенические нормативы - это нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ (химических, биологических); физических воздействий, санитарных защитных зон; предельно допустимых уровней радиационного воздействия. Цель таких нормативов — определить показатели качества окружающей среды применительно к здоровью человека. В настоящее время эта часть нормативов наиболее разработана.

Санитарно-гигиеническое нормирование имеет самостоятельное значение в том смысле, что оно охватывает не только экологическую, но и производственную, жилищно-бытовую сферу жизни человека. Главная задача состоит в том, чтобы установить санитарные нормы и правила, обязательные для выполнения на всей территории России государственными и общественными структурами, предприятиями, организациями независимо от форм собственности и подчиненности, должностными лицами и гражданами.

Министерство здравоохранения Российской Федерации утверждает санитарные нормы и предельно допустимые уровни влияния на организм человека различных факторов среды его обитания. Первые нормы ПДК вредных веществ для питьевой воды были утверждены в 1939 г. К 1991 г. количество таких норм ПДК для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения достигло 1925. ПДК вредных веществ по атмосферному воздуху впервые были введены в 1951 г. для 10 вредных веществ, а к 1991 г. их было уже 479. Впервые нормы ПДК вредных веществ в почве стали вводиться в 1980 г. В настоящее время они установлены для 109 вредных веществ.

Наряду с санитарными, действуют нормативы ПДК по рыбохозяйственным водоемам, по чистоте атмосферного воздуха, для лесной растительности, для поверхностных вод, вод, используемых для водопоя,

полива растений и др.

Росгидромет имеет сеть наблюдательных постов и станций, где совместно с санитарно-эпидемиологической службой РФ осуществляет программу наблюдений за изменениями концентраций вредных веществ в городах, населенных пунктах, в водоемах, атмосфере, почве.

Основными компонентами, загрязняющими атмосферный воздух, являются пыль (твердые вещества), двуокись и окись азота, двуокись серы, окись углерода. Они составляют 98% общего объема выбросов вредных веществ, осуществляемых хозяйственной деятельностью человека. Концентрация именно этих веществ, как правило, превышает уровень ПДК во многих городах России и стран СНГ.

Помимо названных вредных веществ, в атмосфере городов и поселков наблюдается более 70 наименований других вредных веществ. Например, в Самаре, где преобладает нефтехимическая, электротехническая промышленности, веществами, определяющими высокий уровень загрязнения, являются формальдегид, фтористый водород, пыль. В Кемерово, где развито производство минеральных удобрений, химия, металлургия, наиболее высокий процент загрязнения приходится на свинец, аммиак, сероуглерод, двуокись азота, формальдегид. В Москве главным источником загрязнения выступают промышленные предприятия черной, цветной металлургии и, особенно, автотранспорт: здесь основными компонентами загрязнения являются пыль, двуокись и окись азота, фенол, формальдегид, аммиак.

Нормативы ПДК вредных веществ на территории Российской Федерации едины и обязательны для всех предприятий, независимо от формы собственности и подчиненности. В своем большинстве нормативы

утверждены еще Минздравом СССР, но они признаются действующими, поскольку не противоречат российскому законодательству и не заменяются новыми нормативами, разработанными Государственной санитарно-эпидемиологической службой Российской Федерации.

Под радиационным воздействием понимают частный случай ионизирующего излучения, исходящего от радиоактивных веществ. Радиоактивные вещества обладают активным излучением в результате распада атомных ядер некоторых химических элементов. Особое место среди нормативов качества окружающей природной среды занимает предельно допустимый уровень радиоактивного воздействия.

Этот норматив устанавливается службой санитарно-эпидемиологического надзора в величинах, которые не должны представлять опасность для здоровья человека, его генетического фонда. К ним относятся ядерные испытания, атомные реакторы (установленные на электростанциях, подводных лодках и ледоколах), радиоактивные материалы (используемые предприятиями, учреждениями, организациями, гражданами).

42. Показатели оценки природного и природно-техногенного воздействия на биотические и абиотические составляющие экосистем.

43. Критерии оценки природного и природно-техногенного воздействия на биотические и абиотические составляющие экосистем.

Могут быть выделены следующие классы и зоны экологического состояния среды:

- зона экологической нормы (Н) или класс удовлетворительного (благоприятного) состояния среды

- зона экологического риска (Р) или класс условно удовлетворительного (неблагоприятного) состояния среды

- зона экологического кризиса (К) или класс неудовлетворительного (неблагоприятного) состояния среды

- зона экологического бедствия (Б) или класс катастрофического состояния среды