Вопрос. Биосфера, ее структура и функции

Длительный период добиологического развития нашей планеты, определяющийся действием физико-химических факторов неживой природы, закончился качественным скачком – возникновением органической жизни. С момента своего появления организмы существуют и развиваются в тесном взаимодействии с неживой природой, причем процессы в живой природе на поверхности нашей планеты стали преобладающими. Под действием солнечной энергии развивается принципиально новая (планетарных масштабов) система – биосфера. В составе биосферы различают:

♦ живое вещество, образованное совокупностью организмов;

♦ биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.);

♦ косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);

♦ биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюцией живых организмов и развитием человеческого общества.

Границы жизни определяются факторами земной среды, которые препятствуют существованию живых организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и отграничена озоновым слоем, который задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительную для жизни. В гидросфере земной коры живые организмы населяют все воды Мирового океана – до 10–11 км в глубину. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.

Атмосфера.Газовая оболочка Земли состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для процессов жизнедеятельности особенно важны:кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества; диоксид углерода, используемый зелеными растениями в фотосинтезе; озон, создающий экран, защищающий земную поверхность от ультрафиолетового излучения. Атмосфера образовалась в результате мощной вулканической и горообразовательной деятельности, кислород появился значительно позднее как продукт фотосинтеза.

Гидросфера.Вода – важный компонент биосферы и необходимое условие существования живых организмов. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием геологических процессов в литосфере, при которых выделялось большое количество водяного пара.

Литосфера.Основная масса организмов литосферы находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва состоит из неорганических веществ (песок, глина, минеральные соли), образующихся при разрушении горных пород, и органических веществ – продуктов жизнедеятельности организмов.

25 вопрос.Техногенез — происхождение и изменение ландшафтов под воздействием производственной деятельности человека. Техногенез заключается в преобразованиибиосферы, вызываемом совокупностью механических, геохимических и геофизических процессов. Название происходит от греч. techne — искусство, ремесло, и genesis — рождение, происхождение.

Прямое техногенное воздействие на природную среду (ПC) осуществляется хозяйственными объектами и системами при непосредственном контакте с ней в процессе природопользования или сбрасывания в неё отходов. ПC начинается, протекает и прекращается одновременно с соответствующими стадиями работы хозяйственных систем, вызывающих это воздействие. Территориально зоны ПC практически совпадают с зонами действия соответствующих хозяйственных систем. Состав природных компонентов, подверженных ПВ включает в себя в различных сочетаниях воздух атмосферы, биоту и почвенный покров, подземные и поверхности воды, литологический фундамент, сюда же можно отнести и рельеф. Особенно значительные изменения природных комплексов происходит вследствие техногенных трансформаций рельефа, который всегда влечёт за собой снятие или погребение растительности и почвенного покрова. Трансформация рельефа вызывает также изменения положения поверхности относительно уровня грунтовых вод и формирования новых базисов денудации. КВ проявляется в результате «цепной реакции», вызванной ПВ, и обуславливается естественными связями и взаимодействиями между элементами и компонентами ландшафта, иначе говоря континуальный географической оболочки и свойственными ей горизонтальными вещественно-энергетическими связями. Проявление КВ сводится к следующим основным группам: изменение водного режима, нарушение поверхности (оползни, просадки, обвалы, осыпи), изменение скорости направления процессов рельефообразования, изменение процессов почвообразования, загрязнение атмосферы, почвы, поверхностных и подземных вод продуктами дефляции отвалов; изменение микроклимата, изменение условий существования и развития биологического мира. ПВ- прямое, КВ-косвенное воздействие!

32 вопрос. ИСТОЧНИКИ ТЕХНОГЕННЫХ ЭМИССИЙ

Все источники техногенных выбросов подразделяются на организованные, стационарные и подвижные. Организованные источники оборудованы специальными устройствами для направленного вывода эмиссий (трубы, вентиляционные шахты, выводные каналы, желоба и т.д.). Эмиссии от неорганизованных источников произвольны. Источники разделяются также по геометрическим характеристикам (точечные, линейные, производные) и по режиму работы – непрерывному, периодическому, залповому.Источниками преобладающей части химического и теплового загрязнения являются термохимические процессы в энергетике – сжигание топлива и связанные с ним термические и химические процессы и утечки. Главные реакции, определяющие эмиссию углекислого газа, паров воды и теплоты, идут следующим образом:

Углерод: C + O₂ → CO₂;

Углеводороды: C_nH_m + (n + 0,25m)O₂ → nCO₂ + 0,5mH₂O.

Попутно идут реакции, определяющие эмиссию других загрязнителей, и связаны они с содержанием в топливе различных примесей, с термоокислением азота воздуха и со вторичными реакциями, происходящими в ОС. Все эти реакции сопровождают работу тепловых станций, промышленных печей, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных и реактивных двигателей, процессы в металлургии, обжиг минерального сырья и т.д. Наибольший вклад в энергетически зависимое загрязнение среды вносят теплоэнергетика и транспорт.Общая картина воздействия теплоэлектростанции (ТЭС) на ОС показана на рис. 2.При сжигании топлива вся его масса превращается в твердые, жидкие и газообразные отходы. Данные о выбросах главных загрязнителей воздуха при работе ТЭС приведены в табл. 1.

Таблица 1

Удельные выбросы в атмосферу при работе ТЭС мощностью 1000 МВт на разных видах топлива, г/кВт • час

Выбросы	Топливо
Уголь	Мазут	Природный газ
Частицы	0,4 – 1,4	0,2 – 0,7	0 – 0,05
CO	0,3 – 1,0	0,1 – 0,5	–
NOx	3,0 – 7,5	2,4 – 3,0	1,9 – 2,4
SO2	6,0 – 12,5	4,2 – 7,5	0 – 0,02

Количество выбросов зависит от качества топлива, типа топочных агрегатов, систем нейтрализации выбросов и пыледымовых уловителей и устройств очистки сточных вод. В среднем в топливной теплоэнергетике на 1тсжигаемого топлива выбрасывается в ОС около 150 кг загрязнителей.

Рис. 2. Влияние теплоэлектростанции на окружающую среду

1 – котёл; 2 – труба; 3 – паровая труба; 4 –электрогенератор; 5 – электрическая подстанция; 6 – конденсатор; 7 – водо-забор для охлаждения конденсатора; 8 – водное питание котла; 9 – линии электропередачи; 10 – потребители электроэнергии; 11 - водоём

Металлургические процессы основаны на восстановлении металлов из руд, где они содержатся преимущественно в виде окислов или сульфи­дов, с помощью термических и электролитических реакций. Наиболее характерные суммарные (упрощенные) реакции:

железо: Fe₂O₃ + 3C + O₂ → 2Fe + CO + 2CO₂;

медь: Cu₂S + O₂ → 2Cu + SO₂;

алюминий (электролиз): Al₂O₃ + 2O → 2Al + CO + CO₂.

Технологическая цепь в черной металлургии включает производство окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное, про­катное, ферросплавное, литейное производства и другие вспомогательные технологии. Все металлургические переделы сопровождаются интенсивным загрязнением среды (табл. 2). В коксохимическом производстве дополни­тельно выделяются ароматические углеводороды, фенолы, аммиак, цианиды и целый ряд других веществ. Черная металлургия потребляет большое ко­личество воды. Хотя промышленные нужды на 80 – 90 % удовлетворяются за счет систем оборотного водоснабжения, забор свежей воды и сброс за­грязненных стоков достигают очень больших объемов, соответственно порядка 25 – 30 м³ и 10 – 15 м³ на 1 т продукции полного цикла. Со сто­ками в водные объекты поступают значительные количества взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, соединений тяжелых металлов.

Таблица 2

Газовые выбросы (до очистки) основных переделов черной металлургии

(бeз коксохимического производства), в кг/т соответствующего продукта

Выбросы	Производство
Агломерационное	Доменное	Сталеплавильное	Прокатное
Пыль	20 – 25	100 – 110	13 – 32	0,1 – 0,2
CO	20 – 50	500 – 600	0,4 – 0,6	0,7*
SO2	3 – 25	0,2 – 0,3	4 – 35	0,4*
NOx			0,3 – 3	0,5*
H2S		10 – 60

* кг/м² поверхности металла

Цветная металлургия, несмотря на относительно меньшие ма­териальные потоки производства, не уступает черной металлургии по совокупной токсичности эмиссий. Кроме большого количества твердых и жидких отходов, содержащих такие опасные загрязнители, как сви­нец, ртуть, ванадий, медь, хром, кадмий, таллий и др., выбрасывается и много аэрополлютантов. При металлургической переработке суль­фидных руд и концентратов образуется большая масса диоксида серы. Так, около 95 % всех вредных газовых выбросов Норильского горно-ме­таллургического комбината приходится на SO₂, а степень его утилиза­ции на превышает 8 %.Технологии химической промышленности со всеми ее отраслями (ба­зовая неорганическая химия, нефтегазохимия, лесохимия, оргсинтез, фармакологическая химия, микробиологическая промышленность и др.) со­держат множество существенно незамкнутых материальных циклов. Основными источниками вредных эмиссий являются процессы производ­ства неорганических кислот и щелочей, синтетического каучука, ми­неральных удобрений, ядохимикатов, пластмасс, красителей, растворите­лей, моющих средств, крекинг нефти. Список твердых, жидких и газо­образных отходов химической промышленности огромен и по массе загряз­нителей, и по их токсичности. В химическом комплексе РФ ежегодно образуется более 10 млн т вредных промышленных отходов.Различные технологии в обрабатывающих отраслях промышленнос­ти, в первую очередь в машиностроении, включают большое число разнообразных термических, химических и механических процессов (ли­тейное, кузнечно-прессовое, механообрабатывающее производства, сварка и резка металлов, сборка, гальваническая, лакокрасочная обра­ботка и др.). Они дают большой объем вредных эмиссий, загрязняющих среду. Заметный вклад в общее загрязнение среды вносят также раз­личные процессы, сопровождающие добычу и обогащение минерального сырья и строительство.Сельское хозяйство и быт людей по собственным отходам – остат­кам и продуктам жизнедеятельности растений, животных и человека – по существу не являются источниками загрязнения среды, так как эти про­дукты могут включаться в биотический круговорот. Но, во-первых, для современных агротехнологий и коммунального хозяйства характерен кон­центрированный сброс большей части отходов, что приводит к значи­тельным локальным превышениям допустимых концентраций органики и таким явлениям, как эвтрофикация и заражение водоемов. Во-вторых, что еще серьезнее, сельское хозяйство и быт людей являются посредниками и участника ми рассредоточения и распространения значительной части про­мышленных загрязнений в виде распределенных потоков эмиссий, остат­ков нефтепродуктов, удобрений, ядохимикатов и различных употребленных изделий, мусора – от туалетной бумаги до заброшенных ферм и городов.

Рис. 3. Схема влияний загрязнений окружающей среды

Между всеми средами существует постоянный обмен частью загрязни­телей: тяжелая часть аэрозолей, газодымовых и пылевых примесей из атмосферы выпадает на земную поверхность и в водоемы, часть твердых отходов с поверхности земли смывается в водоёмы или рассеивается воздушными потоками. Загрязнение среды влияет на человека прямо или через биологическое звено (рис. 3). В техногенных потоках поллютантов ключевое место занимают транспортирующие среды – воздух и вода.

44 вопрос.

соизмерение производственных и природных потенциалов территории

в качестве основного критерия экологической безопасности территориальных комплексов было введено главное условие: техногенная нагрузка на территорию (природоемкость производства) не должна превышать экологической техноемкости территории (самовосстановительного потенциала природной системы).

Соизмерение производственных и природных потенциалов территории одна из актуальных задач промышленной экологии, без решения которой невозможна выработка научно обоснованной системы экологических регламентации. Соизмерение не сводится лишь к подчинению экологическому императиву требованию природных систем и их защитников уменьшить индустриальную экспансию. Сбалансированность нужна не только природным комплексам и среде обитания людей, но и самому хозяйству. Она имеет не только природоохранное и гигиеническое значение, но и прямое экономическое: равновесное сопряжение производственных и экологических процессов не столько принуждает к ограничению входных мощностей, сколько предлагает дополнительный экономический инструмент контроля эффективности производства. Экономический рост, превышающий порог допустимых нагрузок, выступает как основной дестабилизирующий фактор для окружающей среды. Именно поэтому соизмерение и согласование экономических и природных потенциалов и формирование эколого-экономической системы должно быть предметом экономической теории и практики.

При рассмотрении данных следует иметь в виду, что «благополучный» показатель для большой территории отнюдь не означает отсутствие экологических проблем, так как могут быть и фактически наблюдаются локальные участки или зоны с нарушениями почвенного и растительного покрова, с чрезмерной рекреационной нагрузкой, с значительным антропогенным загрязнением почвы и водоемов. Такое же соображение, примененное к городу с большим превышением экологической техноемкости, указывает на существование зон высокой опасности. Они действительно имеются на территории города. Неблагополучная экологическая ситуация сложилась в результате очень быстрого экстенсивного развития промышленного города без учета экологической емкости территории. И хотя она была достаточна велика, мощный многоотраслевой промышленный узел быстро исчерпал самовосстановительный потенциал превосходного природного ландшафта, образовав город с гипертрофированной промышленной функцией

79 вопрос

Мелиора́ция (лат. melioratio — улучшение) — комплекс организационно-хозяйственных и технических мероприятий по улучшению гидрологических, почвенных и агроклиматических условий с целью повышения эффективности использованияземельных и водных ресурсов для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Мелиорация отличается от обычных агротехнических приёмов длительным и более интенсивным воздействием на объекты мелиорации.

Мелиорация — это работы, направленные на улучшение свойств земель, на повышение их производительности.

Типы и виды мелиорации

1. гидромелиорация:

· оросительная,

· осушительная,

· противопаводковая,

· противоселевая,

· противоэрозионная,

· противооползневая

2. агролесомелиорация;

· противоэрозионная — защита земель от эрозии путем создания лесных насаждений на оврагах, балках, песках, берегах рек и других территориях;

· полезащитная — защита земель от воздействия неблагоприятных явлений природного, антропогенного и техногенного происхождения путем создания защитных лесных насаждений по границам земель сельскохозяйственного назначения;

· пастбищезащитная — предотвращение деградации земель пастбищ путем создания защитных лесных насаждений

3. культуртехническая мелиорация;

· расчистка мелиорируемых земель от древесной и травянистой растительности, кочек, пней и мха;

· расчистка мелиорируемых земель от камней и иных предметов;

· мелиоративная обработка солонцов;

· рыхление, пескование, глинование, землевание, плантаж и первичная обработка почвы;

· проведение иных культуртехнических работ.

4. химическая мелиорация.

· известкование,

· фосфоритование,

· гипсование.