Шпоры по экологии2

1. Предмет и задачи экологии

Предмет экологии – совокупность связей между организмом и средой. Экология – наука изучающая взаимодействия организмов с окружающей средой и друг с другом. Сюда относятся и все условия существования, как неорганические условия – климат, неорганическая пища, состав воды, почвы и т.д., так и органические – общие отношения организмов ко всем остальным организмам.

oicos – гр. дом, жилище, среда обитания; logos – гр. учение, слово.

1866 – термин предложен Э.Геккелем – наука об образе жизни, о внеш. жизненных отн. орг др. с др.

Задачи теоретической экологии:

1. разработать тереотип устойчивости экосистемы;

2. изучение механизмов адаптации к среде;

3. регуляция численности популяций;

4. изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

5. исследование продуктивности процессов в экосистеме;

6. исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

7. моделирование состояния биосферы и экосистем с учетом глобальных биосферных процессов.

Задачи прикладной экологии:

1. прогнозирование и оценка возможности отрицательных последствий для окружающей среду, проектирование и конструирование предприятий;

2. оптимизация инженерных, технологических и проектно-конструкторских решений, исходя из минимального ущерба окружающей среде;

3. улучшение качества окружающей среды;

4. сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

5. стратегическая задача – развитие теории взаимоотношения природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

2. История развития экологии. Место эк. как естественной науки

Труды первых ученых естествоиспытателей. Аристотель (384-322 днэ), Теоорраст (371-280 днэ), Плиний (79-23 днэ).

I этап. до 60-х XIX зарождение и становление как науки. К.Линней 1749 «Экономия природы» типология мест обитания. Ж.Бюффон 1749 «ест. история» изм. видов под влиянием среды. Ламарк 1802 термин биология; Ю.Либих 1840 – Закон min.

II этап. после 60-х оформление эк. в собств отрасль знаний.

Ч.Дарвин 1859 «происхождение видов» приспособление и взотн видов.

Зюсс 1875 термин биосф. Мебиус 1877 термин биоценоз – сообщество жив. орг. Шелфорд 1911 з-н толерантности. Высоцкий экотоп. В.И.Вернацкий биосф. Тенсли 1935 экосистема. Сукачев 1942 основы биогеоценологии, понятие биогеоценоз.

III этап. 50-е XX. наст. превр. в науку. Б.Коммонер 4 з-на эк. Герасимов, Лосева, Горшкова, Розанов, Моисеев, Яблоков и др.

Экология:

Аутэкология – иссл. отд. орг., его инд. связи со ср.

Популяционная – взотн. орг. в пред. одной поп.

Синэкология – изуч. групп орг., взотн поп., сообществ и экосистем с окр средой.

Современная экология в связи с усилением возд. чел. общ. на окр. ср. явл. сложной междисциплинарной наукой, изучающей сложные проблемы взмд с окр. прир. средой. Сложность, актуальность и многогранность этой проблемы привела к экологизации многих технических и гуманитарных наук. Появились науки – инж. эк., космическая экология, с/х экология.

Инж. эк. – изуч. принципы созд. новых эк. технологий.

С/х эк. - занимается возможностью сохр. почв, вод, атмосферы.

Матем. эк. занимается процессами в биосфере.

Гор. экология – о процессах в городе.

Соц. экология занимается изучением прир. чел. общ.

Теор. и прикл. эк.: разрушение биосф. чел., способы предотвращения этого. Разработка принципов рац. природопользования.

3. Экосистема примеры. Биосфера. Ноосфера. Модели экосистем

Впервые термин экосист. ввел Тенсли 1935. Экосист. – это совок. жив. орг., взмд др. с др. и с окружающей средой посредством обмена веществом, энергией, информацией и сохранения устойчивости в течении длительного времени. Экосист. имеет 2 комп.:

1. биотический (живой);

2. абиотический - среда обитания.

Между ними осуществляется взсв посредством обмена вещ., энерг., инф. Экосист. – (среда обитания – экологические факторы, биотические факторы [биотическая структура {продуценты, консументы, редуценты}]). Гл. св-ва экосист.: эмердженктность – свойства целого не равно сумме свойств его частей. Непрерывность.

Биосфера (Э. Зюсс 1875): все пр-во атмсф., гидросф., литосф. где обит жив орг. Вернацкий (1863-1945): оболочка Земли где сущ. жив. орг. Живое в-во и граница его распространения. Самая мощная геологическая средообразующая сила – жив. орг. Происх постепенное превращение биосф. в ноосф. Границы биосф.: практ до озонов экрана.

Ноосфера – разумная оболочка земли. Биосфера созданная и/или преобразованная деательностью человека.

Модели экосистем: Естеств. – широколиственный, хвойный, пойменный лес, степь, луг, озеро, болото и др. водн. экосист и т.д. Искусственные – сенокос, поле, лесопарк, город, квартира, агроэкосист. и др.

4. Иерархия уровней организации биосферы. Типы и структуры экосистем

биосфераэкосистемапопуляцияотдельная особь

Биосфера – пространство на поверхности земного шара, в котором распространены живые существа.

Экосистема – это совокупность живых организмов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой посредством обмена веществом, энергией, информацией и сохранения устойчивости в течении длительного времени.

Популяция – совокупность особей данного вида населяющих определенную территорию, внутри которой осущ. панмиксия(обмен ген. информацией)

По продуктивности: Автотрофные – преобладают продуценты – жив. орг., кот. способны синтезировать орг. в-во из неорг. составляющих с исп. внешних источников энергии. Эти экосистемы сами снабжают себя органическим веществом. Гетеротрофные – продуцентов нет или их роль незначительна. Гетеротрофы – потребители, исп. в-ва, накопленные продуцентами.

По происхождению: природные экосистемы (лес, луг, степь и т.д.) и антропогенные экосистемы (агроэкосистема, город, квартира и т.д.).

По размеру: микроэкосистемы, мезоэкосистемы (лес), макроэкосистемы (континенты, океаны), глобальная экосистема (биосфера).

5. Абиотические факторы

Экологические факторы – любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействия на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.

Среда – часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое влияние или косвенное воздействие – воздух, вода, почва (гумус – плодородный слой, содержащий остатки живых организмов – слагается из детрита, т.е. мертвого органического вещества). Условия жизни – совокупность необходимых для организмов элементов среды, с кот. они находятся в неразрывном единстве и без которых существовать не могут.

Абиотические факторы – факторы неживой природы.

Климатические факторы: спектр солнечные лучей, освещенность, температура поверхности Земли, влажность воздуха, осадки, ветер, давление атмосферы.

Эдафогенные(почвенные) факторы: плодородие, хим. состав, гравиметрическое состояние, влагоемкость, воздухопроницаемость, температура, механический состав, плотность.

Факторы водной среды. прозрачность, скорость течения, химические – кислород, содержание солей, жесткость, состав обменных катионов обменная возможность.

Орографические: рельеф, высота склона над уровнем моря, крутизна склона, экспозиция (север/юг).

Факторы питания: качество пищи, количество пищи, макроэлементы, микроэлементы.

6. Биотические факторы

Экологические факторы – любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействия на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.

Среда – часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое влияние или косвенное воздействие – воздух, вода, почва (гумус – плодородный слой, содержащий остатки живых организмов – слагается из детрита, т.е. мертвого органического вещества). Условия жизни – совокупность необходимых для организмов элементов среды, с кот. они находятся в неразрывном единстве и без которых существовать не могут.

Биотические факторы – факторы живой природы - воздействие живых организмов: фитогенные, зоогенные, микробогенные, антропогенные.

Факторы питания: качество пищи, количество пищи, макроэлементы, микроэлементы.

Различные формы взаимодействия между особями и популяциями:

Например, внутривидовая конкуренция.

2. борьба за существование - главный биотический фактор для вида - чем больше совпадают потребности, тем сильнее борьба.

3. прямая конкуренция – животные дерутся между собой до смерти. У растений – аллопатия – выделение токсинов.

4. косвенная конкуренция – опосредованная, т.е. не напрямую.

7. Законы экологии

1. З-н внутр. динамического равновесия: наличие ответных реакций отд. или взсв. прир. систем и их иерархий при воздействии на них в-ва, энергии или инф.; любое изменение среды ведет к ответным реакциям, стремящимся нейтрализовать результаты изменений.

2. З-н толерантности — определяет положение, по которому любой избыток в-ва или энергии оказывается загрязняющим окр. среду. Другая формулировка: фактором, огр. процветание организма или вида, может быть как мин., так и макс. эк. воздействия.

3. З-н максимизации энергии: выживание или сохранение одной системы в соперничестве с другими определяется наилучшей организацией поступления в нее энергии и использования ее максимального количества наиболее эффективным способом.

4. З-н минимума: выносливость организма опр. самым слабым звеном в цепи его эк. потребностей; жизненные возможности организма или системы лимитируют экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму.

5. З-н ограниченности прир. ресурсов: все природные ресурсы Земли являются конечными.

6. З-н пирамиды энергий, правило 10%: каждый последующий трофический уровень ассимилирует не более 10% энергии предыдущего.

7. З-н заполнения эк. ниши: при заполнении ниши исчезнувший или уничтоженный вид заменяется функционально близким или экологически аналогичным видом.

Законы Коммонера:

1. Все связано со всем – всеобщ взсв. проц. и явл.

2. Все должно куда-то деваться;

3. Природа знает лучше – сотрудничество с прир., а не покорение;

4. Ничто не дается даром.

Согласно им, Глоб. экосист. предст. соб. единое целое, в рамках кот. ничего не может быть выиграно или потеряно и кот. не может явиться объ. всеобщего улучшения; все, что может быть извлечено из глоб. экосист. чел. трудом, должно быть возмещено.

8. Экологическая ниша

Экологическая ниша – место видов в природе, совокупность всех факторов и ресурсов среды, в пределах которой может существовать вид в природе. Ниша – абстрактное понятие, которое сводит все, в чем нуждается организм. По Одуму, экологическая ниша – роль, которую играет организм в природе или профессия организма. Место обитания – адрес организма. Например рассмотрим обитателей почвы – они различают остатки почвы и размельчают, а потом микроорганизмы раз. дальше. Разные виды могут занимать одни ниши. Но могут занимать и разные ниши. В природе важное значение имеет дифференциация ниши – процесс разделения популяции, видов, пространства и ресурсов среды. Фундаментальная ниша – условия среды, в которых вид может существовать без конкуренции. Реальная ниша – та, которую вид может отстоять.

V – влажность;

X – химизм пищи;

h – способность к перемещению;

с – освещенность;

T – температура;

И др. параметры…

9. Адаптация живых организмов. Виды адаптации и конкуренции

Эк. валентность (пластичность) – способность орг. адаптироваться к отд. факторам окр. среды. Область геогр. распространения вида – ареал. ^ валентности ^ ареала.

Адаптация – однонаправленное приспособление организмов к экологическим факторам. Адаптации – эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамических экологических факторов. Адаптации всегда возникают под воздействием 3х факторов – изменчивость, наследственность, естественный отбор. Источник адаптации – мутации (генетические изменения).

Адаптация:

Морфологическая – внешние признаки (морфо - форма);

Физиологическая – акклиматизация, миграция, зимовка;

Онтологическая – поведенческая – выраб. в ходе. эв. реакция на изм. окр. среды – затаивание, запугивание.

Внутривидовая конкуренция.

прямая конкуренция – животные дерутся между собой до смерти. У растений – аллопатия – выделение токсинов.

косвенная конкуренция – опосредованная, т.е. не напрямую.

Межвидовая конкуренция, борьба за существование (главный биотический фактор для вида - чем больше совпадают потребности, тем сильнее борьба).

10. Трофические цепи. Продуценты, консументы, редуценты

Энергия солнца усваивается растениями, и за счет этого живут другие организмы. Трофическая цепь (цепь питания) – это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим. Все орг. делятся на 2 группы: 1. автотрофы – используют энергию и неорг. в-во для создания орг в-ва – фотосинтез растений и сине-зеленых водорослей, хемосинтез бактерий. 2. гетеротрофы - потребляют готовое орг. в-во – жив., насек., грибы., микроорганизмы.

По функции в пищевой цепи: продуценты – создают орг. в-во, потребляемое остальными, автотрофы; консументы – потребители орг. в-ва – травоядные, плотоядные, всеядные; редуценты – разлагают мертвое орг. в-во до неорг. в-в и возвращают его в нежив. природу. Звенья расположены на различных уровнях – продуценты, консументы и редуценты. Примеры цепей питания: травалиса, опавшие листья  насекомые  птицы, сельскохозяйственная цепь – трава  корова  человек, в водоеме – фитопланктон  зоопланктон  плотва  щука. Пищевая цепь - это основной канал переноса энергии в пищевых системах. Биомассы на Земле: 90% - фитофаги, 55% - фитомасса тропических лесов, 5% - зоомасса.

11. Экологическая сукцессия

Экологическая сукцессия – это изменение состава и строения экосистемы под действием внешних и внутренних факторов.

Сукцессии бывают первичными и вторичными:

- первичная - экосистема возникает на безжизненном месте;

- вторичная - сообщество развивается на месте уже существующего;

Сукцессия – смена одних видов другими за определенный промежуток времени.

Сукцессии бывают (P-производимая биомасса; R-расход на дыхание):

- автотрофные - растущий лес – P/R>1;

- гетеротрофные - расходуется больше вещества, чем производится – P/R<1;

- климаксная система - состояние равновесия – P/R=1.

12. Почему одни организмы выжили, а мамонты и динозавры погибли?

1. Из-за адаптации к новым климатическим условиям первых и недостаточной пластичности вторых (акклиматизация, изм. поведения, миграция и др.).

2. Не выдержали межвидовой конкуренции.

3. Из-за помех в цепях обратной связи при гомеостазе (связано с 1 и 2).

4. и т.д.

13. Виды взаимоотношений между организмами

Внутривидовые взаимоотношения:

- состязание;

- соперничество;

- взаимопомощь;

- сотрудничество (стадо).

Межвидовые взаимоотношения:

14. Популяция. Продуктивность. Смертность, рождаемость

Популяция – группа орг. одного вида, внутри кот. особи могут обмениваться ген. инф., занимать конкурентное пространство, связывать между собой различные взотн – единство определяется площадью территории или акватории. Популяция – это ген. единица вида. В зав. от размеров занимаемой территории различают 3 типа популяции: 1. элементарная поп. – это группа организмов одного вида, которая занимает небольшой однородный участок. Ген. обмен происходит часто. 2. эк. поп. – это совокупность элементарных популяций. Генетический обмен реже. 3. Геогр. поп. – группа особей одного вида, занимающих территорию с однородными усл. сущ. Ген. обмен – редко. Один вид занимает ареал вида – пр-во, кот. вид занимает на земле. По структуре разл. возрастную структуру – соотн. особей разного возраста. Различают: 1. предрепредуктивный – молодой; 2. репредуктивный; 3. пострепредуктивный. Структура половая, пространственная структура – колонии, семьи, стаи. Поп. хар-ка: самая важная хар-ка – плотность. Зависит от биотических и абиотических факторов. Численность. Индекс численности – число особей отнесенное к единице времени. Рождаемость(P) – способность популяции к увеличению численности за счет размножения. Смертность(С). Р и С относят к определенному времени. Баланс(Р/С) и прирост(Р-С) популяции – соотн. рождаемости и смертности. Выживаемость – доля особей поп. дожившего до размножения. Кривые выживания: В диф. виде зависимость определяется в виде dN/dt=rN((k-N)/k), где N – численность, r – врожденная скорость, k – макс. число особей. (k-N)/k – сопротивление среды; r-виды – пионеры, k-виды – с тенденцией к равновесию

15. Динамика численности популяции

Популяция хар-ся опред. структурой. Стр-ра, численность и колебания численности определяются экологической нишей, в которой проявляется толерантность вида. Толерантность – способность живых организмов выдерживать условия жизни. Поп. хар-ки: Численность (N). Индекс численности (dN/dT) – число особей отнесенное к единице времени. Рождаемость (P=1/N₀*dN_{родившихся}/dt) – способность популяции к увеличению численности за счет размножения. Смертность(С=1/N₀*dN_{умерших}/dt). Р и С относят к определенному времени. Баланс(P/C) и прирост(r=Р-С) популяции – соотн. рождаемости и смертности. Выживаемость – доля особей поп. дожившего до размножения.

По динамике численности поп. делят на 3 вида: 1. экспоненциальный рост – при отсутствии в отсутствии сопротивления среды (dN/dt=rN; N=N₀e^rt); 2. S-образный – рост популяции при наличии ограничивающих факторов S_эк=(N_max-N₀)/N_max (сопротивление среды), к которым затем происходит приспособление (макс. адаптационные возможности > сопротивления среды); 3. макс. адаптационные возможности < сопротивления среды. 1. 2. = dN/dT=rNS_эк; 4. Численность поп. претерпевает периодические изменения – флуктуации  осцилляционная кривая.

Тип динамики популяции зав. от ей дискретности – разобщенности мест обитания: R-стратегия – бурная короткая жизнь – мелкие слабые быстроразмножающиеся особи; K-стратегия – спокойная долгая жизнь – крупные сильные медл. особи. В прир. встречается переключение с R на K стратегию в тех или иных популяциях.

16. Продуктивность сообществ

Продуктивность экосистем – скорость образования вещества в единицу времени. Продуктивность бывает первичной и вторичной:

- первичная – продуценты – оценивается как скорость усваивания лучистой энергии Солнца;

- вторичная – консументы и редуценты – скорость усваивания энергии солнца ч/з продуцентов;

Первичная бывает валовая и чистая.

- валовая – вся энергия, которую растения уловили и перевели в органическое вещество;

- чистая – все вещество за вычетом расходов на дыхание и отмирание. З-н пирамиды энергий, правило 10%: каждый последующий трофический уровень ассимилирует не более 10% энергии предыдущего.

17. Экологические пирамиды.

Соотношение численности, биомассы или эквивалентной ей энергии живых организмов называется пирамидой численности биомассы или энергии. Длина или площадь пропорциональна числу организмов их биомассе или эквивалентной ей энергии.

С помощью экологических пирамид можно изучать изменения, происходящие в экосистемах, а также взаимоотношения видов. В экологической пирамиде каждый прямоугольник означает определенный трофический уровень. Экологические пирамиды бывают трех типов: 

1) Пирамиды численности - показывают количество особей на каждом уровне. Такие пирамиды удобны тем, что для их создания требуется только подсчет особей. Но неудобство этих пирамид в том, что могут возникать перевернутые пирамиды в цепях паразитов. 

2) Пирамиды биомассы - показывают общую массу особей на каждом уровне на данный период. Такие пирамиды составлять труднее, и они тоже могут быть перевернутыми, т.к. одинаковое количество биомассы разных видов может синтезировать различное количество энергии. 

3) Пирамиды энергии - отображают скорость синтеза энергии на каждом трофическом уровне. Они являются фундаментальными пирамидами, т.к. не бывают перевернутыми, но для их составления требуется много данных

18. Экология сообществ и экологические сукцессии

Эк. сукцессия (от лат. сукцессио - преемственность, наследование) – поступ. динамика экосист. – послед. ряд изм. видовой и троф. структур экосист., всей ее организации, или послед. смена экосистем.

В зав. от причин сукцессии различают. Экзодинамические – вызв. внеш. факт. – изм. климата, пониж. ур-ня грунтовых вод, подъемом ур-ня мир. океана и т.п. Связ. в осн. с действ. мех. адаптации экосист. к факторам внеш. ср. Эндодинамические - вызванные внутр. мех. экосистемы. Приводятся в действие особыми з-ми, мех-ми. На любом, даже безжизненном субстрате, рано или поздно расцветает жизнь. При этом типы сообществ, в данном пр-ве послед. сменяют др. др., постепенно усложняясь и увеличивая видовое разнообразие, формируя т.н. сукцессионный ряд, состоящий из послед. стадий, отмечающих смену одного сообщества другим. Сук. ряд заканчивается стадией зрелости, на кот. экосист. изм. очень мало - климаксными экосист. Вмешательство чел. в прир. ведет зачастую также к явл. дигрессии, когда климакс экосистемы достигается на более ранних стадиях сукцессии, вследствие чего экосист. знач. упрощаются.

Следует разл. автотрофные и гетеротрофные сукцессии. Динамика гетеротрофов целиком подчинена динамике автотрофов - смена жив. сообществ зав. от смены растит. сообществ. В гетеротрофных сукцессиях участвуют только животные (гетеротрофы, консументы). Гетеротрофная сукцессия предполагает обязательное наличие опр. запаса энергии, аккумулированной в орг. веществе. Она заканч. вместе с исчерпанием ресурса энергии, то есть после полн. разл. исходного субстрата. После этого экосист. перестает сущ. (напр., гниющее дерево)

19. Гомеостаз экосистем. Принцип обратной связи

Гомеостаз – способность к саморегуляции. В основе гомеостаза лежит

признак гомеост. Отрицательный – уменьшается отклонение от нормы.

Положительный – увеличивается отклонение от нормы. Поддерживать

гомеостаз возможно в пределе отрицательной обратной связи.

В люб. экосист. где сущ. пищ. цепи ест. опред каналы передачи инф.: хим., генетич., энерг. и др. Стабильность сообщества определяется кол-м связей в трофической пирамиде. Сбалансированность эк. круговорота и уравновеш-ть экосистем обеспеч мех-м обр. связи: управляющий компонент получает информацию от управляемого и соотв. образом вносит коррективы в дальнейший процесс управления. Пример олени-волки. Возникновение помех – нарушение обр. связей. Сильные помехи – гибель экосистем. Помехи: частичные (ядохимикаты, отстрел жив., вылов рыбы); предельные – разрушают экосист (напр. уничтожение осн. троф. уровня). Гомеостатическое плато – область в пред. кот. экосистема способна сохранять свою устойчивость несмотря на стрессовые влияния.

20. Классификация систем мониторинга

Эк. мониторинг – многофункциональный процесс контроля за состоянием объектов экосф., за источниками нарушений, эк. равновесия, моделирования и прогнозирования эк. состояния. объектов экосф., управления эк. процессами.

Ср-ва контроля:

- функциональные (продуктивность, скорость изменения, круговорот в-в);

- структурные (значения физ., хим., биол., параметров);

Др. классификация.

- контактные методы (хроматография, полярография, кондуктометрия, кулонометрия, потенциометрия, ионометрия, колориметрия, рефрактометрия, люминесцентное измерение, терматография и др.);

- неконтактные (исп. зондирующих полей).

Ср-ва моделирования и прогнозирования:

- исп. фундаментальных законов (ЗСМ, ЗСЭ);

- установление законов функционирования экосистем;

- имитационное моделирование.

21. Энергия в экосистемах

Энергетические превращения осуществляются по законам термодинамики – энергия переходит из одной формы в другую, но не исчезает и не появляется. Самопроизвольно идут только те процессы, где энергия рассеивается. Энтропия – мера упорядоченности системы. Живые системы открыты для обмена энергией. Извне поступает даровая энергия солнца. В живых системах есть компоненты, обладающие механизмом улавливания, концентрации и рассеивания энергии (увеличение энтропии) – проц. характеристика для живых и неживых систем. Только живые системы способны улавливать и концентрировать энергию. Процесс образования порядка в системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией, он ведет к уменьшению энтропии. Живые системы поддерживают свою жизнедеятельность благодаря наличию даровой избыточной энергии, во-вторых благодаря способности за счет устройств, сост. ее компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав рассеивать в окружающую среду. Фотосинтез – синтез сахара из неорганических веществ – CO₂ и H₂O, при помощи солнечной энергии. 6CO₂ + 12H₂0 (2816 Дж, хлорофилл)  C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Поток энергии в экосистеме: трофическая цепь является энергетической цепью. Любое количество органического вещества эквивалентно количеству энергии. Эту энергию извлекают, разрывая энергетические связи вещества. Поток вещества – это перемещение вещества в форме химических элементов или их соединений от продуцентов к редуцентам или без них. Поток энергии – это переход энергии в виде химической связи по цепям питания от одного трофического уровня к другому. Энергия может быть использована 1 раз. Скорость потока энергии – это количество энергии, перемещающаяся с одного трофического уровня на другой в единицу времени. Пищевая цепь - это основной канал переноса энергии в пищевых системах.

22. Гидросфера. Загрязнение гидросферы. Понятия ХПК, БПК

Гидросфера (от гр. гидра – вода и сфера – шар) – прерывистая водная оболочка Земли, расположенная между атмосферой и литосферой; все воды Земли. Водоемы знач. загрязняются при сбросе сточных вод, содержащих большое кол-во орг. в-ва. В таких водах быстро размножаются грибы и бактерии, что приводит к изм. стр-ры жив. сообщества и к уменьшению содержания растворенного в воде O₂.

Показатели загрязненности воды: 1. БПК - показатель биохим. потребления O₂ - это кол-во O₂, кот. необх. для окисления легко окисляемых орг. в-в, нах. в 1 л воды. 2. Окисляемость воды - это количество O₂, кот. необх. для окисления легко и средне окисляемых орг. в-в нах. в 1 л. воды. 3. ХПК – хим. потребность в кислороде – кол-во O₂, кот. необх. для окисления легко, средне и трудно окисляемых орг. в-в нах. в 1 л. воды. В любой воде БПК < окисляемость < ХПК.

Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органических свойств, увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей. Загрязнители: химические (кислоты, щелочи, соли, нефтепродукты, пестициды, диоксины, тяжелые металлы, фенолы, аммонийный и нитритный азот), биологические (вирусы, бактерии, другие болезнетворные организмы, водоросли, дрожжевые и плесневые грибы), физические (радиоактивные элементы, взвешенные твердые частицы, тепло, органолептические (цвет, запах), шлам, песок, ил, глина).

Загрязнители: 1. ЦБК, деревообработка: органические вещества (смолы, жиры, лигнины, фенол), аммонийный азот, сульфаты, вывешенные вещества. 2. Нефтегазодобыча: нефтепродукты, СПАВ, фенолы, аммонийный азот, сульфиды. 3. Машиностроение, металлообработка, металлургия: тяжелые металлы, взвешенные вещества, цианиды, аммонийный азот, нефтепродукты, смолы, фенолы, фотореагенты. 4. Химическая, нефтехимическая промышленность: фенолы, нефтепродукты, СПАВ, полициклические ароматические углеводороды, бензапирен, взвешенные вещества. 5. Горнодобывающая, угольная: фотореагенты, минеральные взвешенные вещества, фенолы. 6. Легкая, текстильная, пищевая: СПАВ, нефтепродукты, органические красители, органические вещества; 7. Органическое: пищевые предприятия, молочные, сахарные заводы, сыроварни, животноводство, птицеводство.

23. Загрязнение морей

Увеличивается негативное воздействие хоз. деят. на окр. среду. Морские воды загрязняются в результате захоронения различных отходов, выброса мусора и нечистот с кораблей, частых аварий. В Тихий океан ежегодно сбрасывается около 9 млн. т отходов, в воды Атлантики - свыше 30 млн. т. Газообразные токсические вещества, как окись углерода, двуокись серы, поступают в морскую воду из атмосферы. Тяжелые металлы. В мировой океан с дождями ежегодно осаждается 50 тыс. т свинца, попадающего в воздух с выхлопными газами автомобилей  патогенная микрофлора. Под влиянием течений загрязнения перемешиваются и очень быстро распространяются, оказывая вредное воздействие на зоны, богатые животными и растительностью, нанося серьезный ущерб состоянию морских экосистем. Нефть и нефтепродукты. Ежегодно в океан попадает более 10 млн. т. нефти. Загрязняют поверхность танкеры, утечка сырья при бурении. Нефтяная пленка изменяет все физико-химические процессы: повышается температура поверхностного слоя воды, ухудшается газообмен, рыба уходит или погибает. Меняются гидробиологические условия в океане, оказывается влияние на баланс кислорода в атмосфере, а значит непосредственно на климат. Уменьшается первичная продукция океана - фитопланктон - своеобразный пищевой фундамент всей его жизни. Пестициды. Мировое пр-во достигает 200 тыс.т./год. Относительная химическая устойчивость, а также характер распространения способствовали их поступлению в моря в больших объемах. Жидкие и твердые бытовые отходы. Часть оседает в прибрежной зоне, а часть под влиянием морских течений и ветра рассеивается в разных направлениях. Переносчиками болезней человека: брюшного тифа, дизентерии, холеры. Содержат значительное количество кислородопоглощающих веществ. Захоронение жидких и твердых радиоактивных отходов. В 1950-1992 гг. Советским Союзом в водах Ледовитого океана затоплены ядерные отходы суммарной активностью 2,5 млн. кюри - в том числе 15 реакторов и экранная сборка атомного ледокола «Ленин», 13 реакторов аварийных атомных подводных лодок (включая шесть с не выгруженным ядерным топливом).

24. Экологические проблемы Байкала и Ладоги

Основные источники хозяйственного воздействия на экосистему озера Байкал: Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат на берегу озера (промышленные стоки и воздушные выбросы), индустриальные комплексы Улан-Удэ, Селенгинска и других городов бассейна р. Селенги (промышленные стоки и воздушные выбросы), водохранилище Иркутской ГЭС (изменение уровня озера Байкал), Иркутско-Черемховский промышленный узел (воздушные выбросы), лесозаготовительные предприятия (вырубка леса в водосборном бассейне), туризм, рекреационная деятельность, промысловое и любительское изъятие биоресурсов, браконьерство, города и поселки на берегах Байкала (коммунальные стоки), участок железнодорожной Транссибирской магистрали, идущий по южному берегу озера (Култук, Слюдянка, Байкальск, Выдрино, Бабушкин), участок Байкало-Амурской магистрали, идущий по северной оконечности озера (Северобайкальск, Нижнеангарск), сельскохозяйственные предприятия (отходы прозводства), межрегиональный и глобальный атмосферный перенос загрязняющих веществ.

В общем ежегодно Ладога получает в среднем около 400 миллионов кубических метров загрязняющих стоков, в том числе 167 кубометров без всякой очистки. ЦБ предприятия - больше 300 токсических веществ и хлорорганических соединений и при этом всего 8 - 9 из них учитываются при определении степени загрязнения. Сясьский целлюлозно-бумажный комбинат (ЦБК), Светогорский на реке Вуоксе, Приозерский ЦБК, Волховский алюминиевый завод и другие. Отходы животноводческих комплексов и птицефабрик. Молевой сплав леса по притокам Свири - рекам Паше и Ояти, где нерестятся лососевые рыбы. Ущерб. Социальный. Он вызван снижением рекреационных возможностей озер, особенно тех, которые, как Ладожское или Онежское, являются уникальными экологическими объектами. Ухудшение условий купания, “угасании” красоты побережий, уменьшении рыбопродуктивности, видового разнообразия животного и растительного мира. Ущемляются интересы рыбного хозяйства, т.к. снижается продуктивность водоемов.

25. Экологические проблемы рек

Пресноводные экосистемы являются наиболее удачными и дешевыми источниками вод для бытовых и промышленных нужд, вода участвует во многих биогеохимических процессах, озера и крупные рыбопромысловые реки являются важнейшим поставщиком белка для внутриконтинентальных районов мира (разведение рыбы).

Формирование химического состава вод и гидрохимический режим стока рек определяется целым рядом факторов, главными из которых являются почвенные, геологические и климатические условия. Значительное влияние на химический состав вод оказывает также хозяйственная деятельность человека.

В настоящее время использование природных вод в качестве последнего звена канализационных систем распространено повсеместно. Более половины (56%) воды, используемой в хозяйстве, возвращается в природную среду в виде загрязненных сточных вод. Основную ответственность за загрязнение природных вод несут: машиностроение, включая судостроение и судоремонт (39% от общего поступления загрязняющих веществ), коммунальное хозяйство (37%), цветная металлургия (7%) и сельское хозяйство (8% без учета смывов пестицидов и минеральных удобрений).

Водоемы значительно загрязняются при сбросе сточных вод, содержащих большое количество органического вещества. В таких водах быстро размножаются грибы и бактерии, что приводит к изменению структуры животного сообщества и к уменьшению содержания растворенного в воде кислорода. Биологическое потребление кислорода (БПК) является одним из важнейших критериев уровня загрязнения водоема органическими веществами. Он определяет количество кислорода, необходимое для разложения органических загрязняющих веществ.

26. Сточные воды

По происхождению: Производственные - использованные в технологическом процессе производства. Бытовые – от санитарных узлов, корпусов зданий. Атмосферные – дождевые и от таяния снега.

По типу загрязнения: Загрязненные минеральными примесями; Органическими примесями; Органическими и мин. примесями;

По концентрации загрязненных веществ: - 1-500; - 500–5000; - 5000–30000; - >30000

По температуре кипения;

По степени агрессивности: концентрированные и разбавленные.

Параметры оценки качества:

- pН = lg [H⁺]

– Удельная электропроводность – (x=i/p) сложная функцией концентрации ионов в водных растворах. В природных водах наблюдается прямолинейная корреляция м/у содержанием солей и электропроводностью. Измеряя удельную электропроводность можно примерно по графику определить концентрацию солей;

- Содержание О₂ зависит от процессов, способных обеднять и обогащать воду О₂. Обогащение может происходить в результате абсорбции кислорода из атм., выделении растениями при фотосинтезе. Обеднение происходит в результате процессов связанных с его потреблением на окисление: хим. и биохим. окисление ионов Fe²⁺, Mn²⁺,O^2-;

- Окислительно-восстановительный потенциал: Определяя величину этого потенциала можно по диаграмме прогнозировать степень окисления присутствующих ионов с переменной валентностью, по этому значению можно судить о количестве растворенного кислорода;

– Общее содержание растворенных в воде органических веществ. Зависит от характера сброса и от химических и физических свойств воды в которую производят сброс;

– количество растворенных тяжелых металлов;

– жесткость;

27. Эвтофикация водоемов.

Попав в природные водоемы (например, соединений фосфора и азота), биогенные элементы становятся питательной средой для микроорганизмов, в том числе - сине-зеленых водорослей. Продукты жизнедеятельности сине-зеленых - аллергены, токсины, уже на прямую воздействующие на человека. Особенно интенсивно водоросли размножаются в хорошо прогретой воде, то есть летом. Именно поэтому некоторые из нас обнаруживают после купания в заливе на своем теле красные пятна. А если выпить такой воды, даже при условии, что она кипяченая, можно сильно отравиться. Процесс антропогенного эвтрофирования, вызывая быстрые и подчас необратимые нарушения функциональных связей экосистемы, приводит к ухудшению качества воды, подрыву полезной продуктивности, а иногда и к полной утрате природных ресурсов озера. Основные отрицательные последствия этого процесса - массовое развитие планктонных водорослей, появление неприятного запаха и вкуса воды, увеличение содержания органических веществ, снижение прозрачности и увеличение цветности воды. Перенасыщение воды органическим веществом стимулирует развитие сапрофитных бактерий, в том числе болезнетворных, а также водных грибов. В результате жизнедеятельности некоторых водорослей, особенно сине-зеленых, возникают токсические эффекты, приводящие к заболеваниям животных, а в отдельных случаях и человека («гаффская» и «сартландская» болезни).

На окисление огромного количества новообразованного органического вещества расходуется значительная часть содержащегося в озерной воде растворенного кислорода. В результате ценные в промысловом отношении породы рыб (лососевые, сиговые), требовательные к высокому качеству воды, вытесняются низкосортными видами, менее в этом отношении чувствительными.

28. Литосфера. Почва и её св-ва. Гумус.

Литосфера – внешняя твердая оболочка земли, постепенно, с глубиной переходящая в сферы с меньшей плотностью в-ва.

1. Верхняя мантия (200 км ).

2. Земная кора: на суше 75 км вглубь, на дне океана 5-10 км вглубь. Состав: 50% - SiO₂; 25% - AlO₃; 10% - Fe₂O₃; оксиды K, Ca, Mn, P.

Земельные ресурсы: 30% - суша. S=129 млн. км². 10% - пашни. 25% - пастбища, сенокосы. 43% - пустыни. 30% - горы. 3. Верхний слой литосферы – гумус. Гумус – конечный продукт разложения мертвых органических остатков, аморфное вещество, (фенолы, сложные эфиры, карбоновые кислоты) плодородный слой почвы. Процесс обр. гумуса – гумификация. Деградация почвы: эрозия, загрязнение, заболачивание, затопление, опустынивание, отчуждение. Эрозия – снесение верхнего слоя почвы водой или ветром. Почвообр. ф-ры: климат, геологическая основа, рельеф, время, биота. Почва: 50–60% - мин. основа; 10%- орг. основа; 15% - воздух; 20–30% - вода. Удерживать влагу могут: глина, суглинка, супесь. Переход жизненно важных эл-в в неорг. (в почве): орг. Р  фосфаты; орг. С  CO₂; орг. N  NO₃; орг. N₂  NH⁴⁺ (через мочевину). Пестициды: токсичность – 1 место, средства борьбы с насекомыми. Фунгициды - борьба с заболеваниями раст.; Гербициды – борьба с сорняками; Зооциды – борьба с вредителями при хранении; Дефолианты, дефлоранты, инсектициды – комары. Токсичные действия: сильно токсичные ПДК<50мг/кг; высоко ядовитые ПДК<100 мг/кг; средние ПДК до 1 г/кг; мало ядовитые ПДК > 1 г/кг. Канцерогенные – вызывают аллергические заболевания. Самые вредные – хлористые (ДДТ). См. св-ва почвы в билете №5.

29. Качество окружающей среды. Виды загрязнения литосферы.

Качество окружающей среды – мера соответствия окр. среды и природных условий потребностям людей и других живых организмов.

Качественная оценка – показания отдельных компонентов: воздух, вода, почва.

Стандарты качества окружающей природной среды: единые требования и нормативы, предъявляемые к состоянию окр. среды и деятельности производственно-хозяйственных объектов.

В зависимости от методики установления требований качества, стандарты делятся на экологические и производственно-хозяйственные.

Экологические стандарты: определяют предельно-допустимые нормативы вредного антропогенного воздействия на окр среду, превышение которых создает угрозу сохранению оптимальных условий существования человека и его окружения. Предельно-допустимые нормативы: ПДК – предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосфере, водоемах; ПДН – предельно-допустимые нагрузки на природную среду (ПДН – носит региональный характер т.к. определяет воздействие на природно-территориальный комплекс). Производственно-хозяйственные стандарты: определяют предельно-допустимые параметры производственно-хозяйственной деятельности конкретных объектов с точки зрения экологической защиты природной среды: ПДВ – нормативы предельно-допустимых выбросов вредных веществ, химических и биологических воздействий (ПДВ в атмосферу, водоемы устанавливается для каждого стационарного источника отдельно).

Литосфера загрязняется в результате поступления в нее соединений тяжелых металлов, удобрений, ядохимикатов. Горные разработки приводят к уничт. естественного почв. покрова на огромных площадях.

В основном загрязнение связано с хоз. деят. чел. (антропогенное загрязнение), однако возможно загр. в р-те прир. явл., например извержений вулканов, землетрясений, падения метеоритов и др.

30. ПДК. ПДК рабочих зон. ПДК среднесуточная.

ПДК - предельно допустимая концентрация – норматив – количество вредного вещества в окружающей среде, при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияющее на здоровье человека и не вызывающее неблагоприятных последствий у его потомства. Устанавливается в законодательном порядке или рекомендуется компетентными учреждениями (комиссиями и т.п.). В последнее время при определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие этих загрязнителей на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом. Исследования самого последнего времени привели к выводу об отсутствии нижних безопасных порогов (а следовательно, ПДК) при воздействии канцерогенов и ионизирующей радиации. Любое превышение ими привычных, природных фонов опасно для животных организмов хотя бы генетически, в цепи поколений. Среднесуточная ПДК (ПДК сс) - концентрация загрязнителя в воздухе, не оказывающая  токсичного, канцерогенного, мутагенного воздействия

Максимальная разовая величина ПДК не должна допускать неприятных рефлекторных реакций чел. организма.

31. ПДК. Эффект суммации ПДК при большом кол-ве загрязнителей

ПДК – предельно допустимое воздействие вредных веществ. Максимальная концентрация примесей, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни чел. не оказывает на него или на окр. среду в целом вредного влияния включая отдаленные последствия. С позиции экологии ПДК есть верхний предел лимитирующих факторов среды при которых их содержание не выходит за допустимые границы эк. ниши человека.

Нормативы ПДК устанавливается в законодательном порядке или рекомендуется компетентными учреждениями (комиссиями и т.п.). В последнее время при определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие этих загрязнителей на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом. Нижние безопасные пороги не сущ. при воздействии канцерогенов и ионизирующей радиации. Любое превышение ими привычных, природных фонов опасно для животных организмов хотя бы генетически, в цепи поколений.

При наличии 2-х или более примесей возможно появление эффекта суммации – качество окр среды будет соответствовать установленным нормативам при условии:

Максимальная разовая величина ПДК не должна допускать неприятных рефлекторных реакций чел. организма.

Среднесуточная ПДК не должна допускать токсичного, канцерогенного, мутагенного воздействия.

32. Почва. Разрушение почв.

Почва - особое прир. образование, сформировавшееся в р-те преобразования горных пород раст. и жив., т.е. в р-те почвообр. процесса. Почва обладает особым св-м - плодородием, она служит основой с/х всех стран. Почва при правильной эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и улучшает их, становится плодороднее. Почва - колоссальное прир. богатство, обеспеч. чел. прод. питания, животных - кормами, а пром-ть сырьем. Почва образовывалась из вых. на пов. земли горных пород под действ. ветра, атм. влаги, в связи с изменением климата и темп. колеб. горные породы, под действ. микроорг., а позднее лишайников и мхов. Микроорганизмы разлагали остатки растений, образуя гумус - основное орг. вещество почвы, содержащее пит. вещества, необходимые высшим растениям. Жив. и раст. оконч. разрушали горную породу, превращая верхний ее слой в почву. Лучшие почвы, влагоемкие и воздухопроницаемые, имеют мелкокомковатую или мелкозернистую структуру из комочков диаметром от 1 до 10 мм. От состава и св-в горной породы, на которой формируется почва, в знач. степени зависят состав и св-ва почвы. Почва состоит из тв., жид., газообр. и жив. частей. Твердая часть - это минеральные и органические частицы. Они составляют от 80-98 % почвенной массы и состоят из песка, глины, илистых частиц, оставшихся от материнской породы в рез-те почвообр. процесса. Соотн. этих частиц хар-т мех. состав почвы. Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, вода с растворенными в ней орг. и мин. соединениями. Воды в почве содержится от долей процента до 40-60 %. Жидкая часть участвует в снабжении раст. водой и раств. эл-ми питания. Газообразная часть, почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Почвенный воздух содержит больше CO₂ и меньше O₂, чем атмосферный воздух, а также метан, летучие органические соединения и др. Живая часть почвы состоит из почвенных микроорг. (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты и др.), представителей беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных. Они обитают в основном в верхних слоях почвы, около корней растений, где добывают себе пищу. Некоторые почвенные организмы могут жить только на корнях. Почва содержит микроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, сера, железо и др.) и микроэлементы (бор, марганец, молибден, цинк и др.), которые растения потребляют в ограниченных количествах. Их соотношение определяет химический состав почвы. Из физических свойств почвы наибольшее значение имеет влагоемкость, водопроницаемость, скважность. Состав и св-ва почвы постоянно меняются под влиянием жизнедеят., климата, деят. чел. При внесении удобрений почва обогащается пит. для растений веществами, изменяет свои физ. св-ва. Неправильная эксплуатация может прив. к нарушению почв. покрова - к эрозии почвы, засолению, заболачиванию. Наука изуч. почву наз. почвоведением.

33. Рекультивация нарушенных территорий

Рекультивация земель – (от лат. re – частица, обозначающая повторность действия, и cultivatio – обработка) – система мероприятий, направленных на восстановление хозяйственной ценности и комплексного улучшения земель, нарушенных в процессе хозяйственной деятельности человека; один из видов мелиорации.

Рекультивация земель предусматривает комплексную перестройку нарушенных земель, что дает возможность восстановить утерянную ими пригодность для непосредственного использования и создать полноценные по структуре и функционированию, экологически сбалансированные ландшафты.

Условия эффективного использования почв:

- борьба с эрозией;

– культурная обработка земли;

- грамотное использование удобрений;

– проведение мероприятий по мелиорации и рекультивации.

Рекультивация:

– горнотехническая (засыпка карьеров);

– биологическая (группы живых организмов, деятельность которых приводит к восстановлению плодородия);

– лесная (длительное применение до нескольких десятков лет).

34. Пестициды. Загрязнение биосферы пестицидами

Пестициды (ядохимикаты) - химические препараты для защиты сельскохозяйственной продукции, растений, для уничтожения паразитов у животных, для борьбы с переносчиками опасных заболеваний и т.п. Пестициды в зависимости от объекта подразделяются на: 1. Гербициды – для уничтожения сорной растительности; 2. Фунгициды - борьба с грибковыми заболеваниями растений; 3. Зооциды – борьба с вредителями при хранении, борьба с грызунами; 4. Немотоциды – внешние паразиты животных; 5. Дефолианты – для удаления листьев; 6. Дефлоранты - для удаления цветков; 7. Инсектициды – против вредных насекомых.

Токсичные действия: - сильно токсичные ПДК<50мг/кг; - высоко ядовитые ПДК<100 мг/кг; - средние ПДК до 1 г/кг; - мало ядовитые ПДК > 1 г/кг.

Пестициды являются единственным загрязнителем, который сознательно вносится человеком в окружающую среду. Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биол. продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают числ. полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для самого чел.. Пестициды, содержащие хлор (ДДТ, гексахлоран, диоксин, дибензфуран и др.), отличаются не только высокой токсичностью, но и чрезвычайной биологической активностью и способностью накапливаться в различных звеньях пищевой цепи. Даже в ничтожных концентрациях пестициды подавляют иммунную систему организма, повышая таким образом его чувствительность к инфекционным заболеваниям. В более высоких концентрациях эти примеси оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм человека. ДДТ

Действие: - воздействуют на ЦНС; - аллергены – вызывают аллергические заболевания; - канцерогены – вызывают раковые заболевания; - мутагены - изменяют генокод.

35. Промышленные отходы и их утилизация

Промышленные отходы:

- добыча полезных ископаемых 7% продукции;

- топливоэнергитический комплекс (силикаты и золы);

- нефтешламы;

- шламы гальванических цехов;

Утилизация:

- складирование на полигонах;

– сжигание;

– захоронение (токсичные отходы).

Оценка качества:

- ПДК мл на кг почвы или пищи;

- анализ на содержание личинок мух, возбудителей заболеваний и глистов.

36. Бытовые отходы и их утилизация

Отходы – непригодные для производства данной продукции виды сырья, его неупотребимые остатки или возникающие в ходе технологических процессов вещества (твердые, жидкие и газообразные) и энергия, не подвергающиеся утилизации в рассматриваемом производстве (в том числе с.-х. и в строительстве).О. одного производства могут служить сырьем для другого. Как правило, в категорию О. не включают природное вещество, неявно используемое в технологических циклах, - воздух, его кислород, проходящую «транзитом»воду и т.п. Нередко не учитываются и энергетические О. При учете всех видов О. количество полезного общественного продукта составляет не более 2% от вовлекаемых природных веществ и энергии (остальные 98% составляют О.) Получение лучшего соотношения, видимо, принципиально не возможно, так как реутилизация ведет к значительным затратам энергии. Как правило, энергетический коэффициент полезного действия всех производственных процессов общества суммарно близок к 0,2% - степени утилизации солнечной энергии растительностью.

Отходы бытовые (коммунальные) - твердые (в том числе твердая составляющая сточных вод – их осадок) отбросы –1 и др., не утилизуемые в быту, обр. в р-те амортизации предметов быта и самой жизни людей вещества (включая бани, прачечные, столовые, больницы, бытовые помещения предприятий и т.п.). Утилизация бытовых отходов – извлечение из них ценных (в основном металлов) и негорючих (стекло) компонентов с последующим сжиганием или сбраживанием органических веществ для получения энергии (непосредственно или через получение биогаза) и сырья. Выбросы до 250 кг/год. Разложение – стекло: 1000 лет; Полиэтилен – 200 лет.

Утилизация ТБО: захоронение; мусоросжигание; вторичная переработка; компостирование; полное сбраживание. Переработка: стекло  стекловолокно, вторичное использование; резиновые отходы  бензин. Компостирование (органические отходы). Сбраживание (бактериями)  спирт. Производство стройматериалов, компостов и т.п.

37. Атмосфера. Состав атмосферы, свойства.

Атмосфера – воздушная оболочка Земли.

Состав атмосферы: N₂ – 78%, O₂ – 21%, Ar и др. инертные газы– 0,9%, CO₂ – 0,03%. Атмосфера делится на гомосферу и гетеросферу, граница между ними на высоте 100км. Гомосфера характеризуется однородным и устойчивым газовым составом. Выше этой границы характерен нарастающий уровень ионизации газов за счет фотодиссоциации. Свойства – озоновый слой, низкая плотность воздуха – закрывает возможность существования организмов (околоземные организмы). Способность атмосферы к самоочищению (ветер, осадки, лес).

Главные загрязнители:

1. CO₂ – парниковый эффект.

2. CO – баланс верхних слоев.

3. N_xO_y (N₂0, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₅) – смог, респираторные заболевания.

4. SO₂.

5. Фосфаты (гидросфера).

6. Тяжелые металлы Hg, Pb.

7. Нефть и нефтепродукты.

8. Пестициды.

9. Радиация

38. Образование атмосферы

Анализ эволюции геогр. оболочки рассматривает один из ее компонентов – атмосферу. Газовая оболочка Земли формировалась за счет дегазации и вулканизма из зоны астеносферы. В связи с этим следовало ее состав в глубоком докембрии был близок составу глубинных газов (Н₂, СН₄, NН₃, Н₂S, СО₂ и др.). С началом фотолиза паров выносимой воды в атм. обр. атомы Н₂ и свободный молекулярный O₂. Свободные атомы Н₂ поднимались в верхние зоны атм. и диссипировали в космос. Молекулы кислорода достаточно велики, чтобы диссипировать, поэтому, опускаясь в нижние зоны атм., они становятся ее важнейшим компонентом. Постепенно накапливаясь, O₂ положил начало хим. проц. в земной атм. Благодаря хим. акт. O₂ в первичной атмосфере начались процессы окисления глубинных газов. Образовавшиеся при этом окислы выпадали в осадок. При этом часть газов, в том числе и метана, осталась в коллекторах земной коры, дав начало глубинным залежам нефти и газа. По мере очищения от глубинных газов форм. вторичная атм. на основе углекислоты и двуокиси азота, создавались условия для появления фотосинтезирующих сине-зеленых водорослей и бактерий. С их появлением процесс насыщения атм. кислородом значительно ускорился. При ассимиляции углекислоты зелеными растениями образовывался кислород, а почвенными бактериями – азот. По мере накопления своб. воды на пов. Земли и появления многочисленных морских бассейнов происходит связывание СО₂ атм. и хим. осаждение доломитов. т.е. происходит постепенное уменьшение содержания СО2 в атмосфере и щелочного резерва в морских водах. Неустойчивая вторичная атмосфера в конце палеозоя переходит в третичную, состоящую из смеси своб. азота и кислорода, причем количество кислорода продолжало накапливаться и в последующее время. Степень устойчивости этой совр. атм. определяется массой планеты и характером ее взаимодействия с жестким солнечным излучением. Т. о., эволюция хим. состава атмосферы происходила в тесной взаимосвязи с темпами накопления свободной воды на поверхности Земли и формированием морских седиментационных бассейнов. Вплоть до середины палеозоя, когда наземная растительность распространилась повсеместно, атмосферный кислород накапливался преимущественно фотолитическим путем. Начиная с карбона этот процесс усилился за счет фотосинтеза. Изменение органического мира мезозоя и кайнозоя, по-видимому, обусловлено в немалой степени «кислородизацией» атмосферы.

39. Роль атмосферы в биосфере Земли

Источником энергии атмосферных процессов в основном является солнечная радиация, которая превращается в атмосфере и на земной поверхности в теплоту, энергию движения и другие виды энергии. Строение земной поверхности, ее рельеф имеют значение и для движений воздуха. Наличие атмосферы является важным фактором для разнообразных физических процессов, развертывающихся на земной поверхности - в почве и верхних слоях водоемов (например, ветровая эрозия, морские течения и ветровое волнение, установление и сход снежного покрова и многое другое), а также для жизни на Земле. Существует 3 осн. цикла атмосферных процессов, определяющих климат, т.н. климатообразующие процессы - теплооборот, влагооборот и атмосферная циркуляция. Теплооборот, создает тепловой режим атмосферы. Сквозь атмосферу проходит поток солнечной радиации. Атмосфера частично поглощает солнечные лучи, преобразуя их энергию в теплоту; частично рассеивает их, меняя по качеству (спектральному составу); частично они отражаются назад облаками. Между земной поверхностью и атмосферой происходит обмен тепла. Температура воздуха имеет важнейшее значение для жизни на Земле вообще.  Между атм. и земной поверхностью происходит постоянный оборот воды, или влагооборот. С поверхности океанов и других водоемов, влажной почвы и растительности в атм. испаряется вода, на что затрачивается большое количество тепла из почвы и верхних слоев воды. Водяной пар - вода в газообразном состоянии - является важной составной частью атм. воздуха. При сущ. в атм. условиях водяной пар может исп. и обратное преобразование: он конденсируется, сгущается, вследствие чего возникают облака и туманы. Из облаков при опр. усл. выпадают осадки. Возвращаясь на земную поверхность, осадки тем самым уравновешивают испарение в целом для всего Земного шара. Кол-во выпадающих осадков и его распред. по сезонам влияют на растительный покров и земледелие. От распред. и колебания кол-ва осадков зависят также условия стока, режим рек, уровень озер и другие гидрологические явления. Неравн. распред. тепла в атм. приводит к Неравн. распред. атм. давления, а от распред. давления зависит движение воздуха, или воздушные течения. Климатообр. процессы развертываются в различной геогр. обстановке. Поэтому конкретные особенности этих процессов, а с ними и типы климатов опр. такими геогр. факторами климата, как широта, распред. суши и моря, строение пов. суши, почва, растительный и снежный покров, морские льды, океанические течения и пр. Распределение климатических условий по Земному шару зависит от распределения этих географических факторов.

40. Зоны атмосферы

Атмосфера – газообразная оболочка планеты, на Земле состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли.

Атмосферу делят на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу.

Атмосфера состоит из нескольких слоев, каждый имеет свой химический состав и температуру.

41. Смог

В разных странах доля пром. выброса SO₂ достигает 12% от суммарного выброса. При продолжительном воздействии вызывает: гастрит, гепатит, легочные заболевания, рак.

Реальная угроза – зольные выделения – пыль, Hg, As, Cu. Поражают головной мозг, печень, почки.

Смог – смесь пыли, дыма, тумана:

1. Зимний (лондонский) – возникает зимой в крупных промышленных городах при отсутствии ветра и повышении температуры воздуха с высотой, вместо понижения. Образуется в результате нарушения циркуляции воздуха – дым не поднимается вверх и не рассеивается. Концентрация вредных веществ приводит к нарушению кровообращения, удушью и т.д. вплоть до летального исхода.

2. Летний (лос-анджелесский, фотохимический) - летом при интенсивном воздействии солнечной радиации на воздух насыщенный выхлопными газами. При слабом движении ветра происходят сложные хим. реакции с образованием высокотоксичных загрязнителей – фотооксидантов (O₃, NO₂, орг. перекиси). Вредное воздействие на слизистые оболочки глаз, носа, рта, ЖКТ и легких.

42. Газовые выбросы. Кислотные дожди

Кислотные дожди - это атмосферные осадки, pH которых ниже чем 5,5. Закисление осадков происходит вследствие попадания в атмосферу оксидов серы и азота. Источники SO2 в основном связаны с процессами сгорания каменного угля, нефти и природного газа, содержащих в своем составе сераорганические соединения. Часть SO2 в результате фотохимического окисления в атмосфере превращается в серный ангидрид, образующий с атмосферной влагой серную кислоту. Важным источником SO2 является цветная металлургия: производство меди, никеля, кобальта, цинка и других металлов включает стадию обжига сульфидов. Оксиды азота - предшественники азотной кислоты - попадают в атмосферу главным образом в составе дымовых газов котлов тепловых электростанций и выхлопов двигателей внутреннего сгорания. При высоких температурах, развивающихся в этих устройствах, азот воздуха частично окисляется, давая смесь моно- и диоксида азота. Кислотные осадки (их pH иногда достигает 2,5) губительно действуют на биоту, технические сооружения, произведения искусства. Твердо установлено, что под действием кислотных дождей и снегов за 1955-1985 годы сильно понизился pH тысяч озер Европы и Северной Америки, а это, в свою очередь, привело к резкому обеднению их фауны и гибели многих видов организмов. Кислотные осадки вызывают деградацию лесов: в Северной Европе от них сильно пострадало примерно 50% деревьев. При понижении pH резко усиливается эрозия почвы и увеличивается подвижность токсичных металлов.

43. Парниковый эффект

Ж.Фурье 1827 году атм. земли вып. фун. своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солн. тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. Этот эф. достигается благодаря нек. атм. газам второстепенного значения, каковыми являются, например, вод. пар и CO2. Пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной пов. Иначе Земля была бы на 30o холоднее. Естественный парниковый эффект - это устоявшийся, сбалансированный процесс. Увеличение концентрации «парниковых» газов в атмосфере прив. к усилению эф., кот. свою очередь приведет к глоб. потеплению климата. Количество СО2 в атмосфере растет вот уже более века из-за того, что в кач. ист. энергии стали широко применяться разл. виды ископаемого топлива (уголь и нефть). Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие парниковые газы, например метан, закись азота и целый ряд хлорсодержащих веществ(куда более опасны с т.з. глоб. потепл.)

Возможные последствия глобального потепления климата Изменение погоды, увеличению количества осадков  таянье ледников подъем уровня мирового океана (5-6м - затопление)  нарушение термодинамического цикла планеты.

44. Причины нарушения озонового слоя атмосферы

Озоновый слой находится в верхних слоях стратосферы, в 6500 раз ослабляет ультрафиолетовое (240-260нм) и y- излучение. Наблюдения за концентрацией озона в этом слое, ведущиеся только в последние два десятилетия, фиксируют ее существенное локальное понижение (до 50% от исходной). Такие места, получившие название "озоновые дыры", в основном обнаруживаются над Антарктидой.

O₃ [O⁺⁴, 20^-2]: O₂+nvO₂’; O₂’+O₂’O’+O₃; ’O’+O₂O₃

Причины разрушения O₃ озонового слоя:

1. Cl₂ - природное извержение, антропогенный фактор - 1 молекула Cl₂ разрушает 10000 молекул O₃.

2. ClFCH – фреоны, CH₄F_xCl_x-1.. Фреоны (хлорфторуглеводороды) широко используются в качестве хладагентов, вспенивателей пластмасс, газов-носителей в аэрозольных баллончиках, средствах пожаротушения и т.п. Выполнив свою рабочую функцию, большая часть фреонов попадает в верхнюю часть атмосферы, где под действием света разрушается с образованием свободных атомов хлора. Далее атомы хлора интенсивно взаимодействуют с озоном. и т.о. один атом хлора может разрушить не менее 10 тыс. молекул озона. Следует, однако, отметить, что представления о роли фреонов в разрушении озонового экрана нашей планеты являются всего лишь гипотезой. С ее помощью трудно объяснить причины периодического убывания концентрации озона над Антарктикой, тогда как не менее 90% фреонов попадают в атмосферу в Европе и США.

3. NO₂, N_xO_{y -} разложение азотных удобрений. выхлопные газы ракет, машин, ядерные взрывы в атмосфере - 1 молекула NO₂ разрушает 10 молекул O₃.

Роль озона: 1. Защита от ультрафиолетового излучения. 2. Разрушение загрязнителей 3CO+O₃3CO₂

Вредное действие озон оказывает в нижних слоях атмосферы:

0,000001 – доля полезного действия;

0,000001-0,000005 вредное вещество;

больше 0,000005 ядовитое вещество (разрушение гемоглобина).

45. Происхождение жизни на земле

Существует много гипотез, объясняющие возникновение жизни на Земле: Креационизм. Утверждает, что жизнь была сверхъестественным существом, то есть богом. Самопроизвольное зарождение. Жизнь возникала неоднократно из неживого вещества. Теория стационарного состояния. Жизнь существовала всегда и будет существовать вечно. Жизнь занесена из вне. Биохимическая эволюция. Жизнь возникла в результате процессов, подчинившихся биохимическим явлениям. Наиболее состоятельная. Среди современных теорий происхождения жизни на Земле, наиболее обоснованной является теория академика А. И. Опарина. Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа: возникновение органических веществ; возникновение белков; возникновение белковых тел. Астрономические исследования показывают, что как звезды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. В некоторых случаях эта газопылевая материя объединяется в плотный, которые можно видеть невооруженным глазом. Химические исследования находящегося в галактике газопылевого вещества показали, что в нем наряду с металлами и их окислами обнаружено: водород, аммиак, вода и простейший углеводород – метан. Второй этап – возникновение белков. Условия для начала процесса формирования белковых структур создались с момента создания первичного океана. Прежде всего в водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы. Известно, что белковая молекула состоит из отдельных звеньев – аминокислот, которые соединены между собой при помощи полиптеидных связей. Показано, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества. Большой победой современной биохимии является первый полный синтез молекулы белков: синтезирован иксулин-гармон, управляющий углеводным обменом. Все эти эксперименты подтверждают правильность разбираемой теории. Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель, т. е. капель микроскопического размера, выпадающих при смешении двух белковых растворов. Отсюда возникла новая закономерность уже биологического характера – естественный отбор коацерватных капель. Под влиянием естественного отбора качество организации белкового вещества все время менялось. В результате возникла та согласованность процессов синтеза и распада, которая привела к возникновению первых живых организмов.

46. Эволюция роста населения на Земле

На протяжении большей части чел. истории рост численности народонаселения был почти неощутим. Медленно она набирала силу на протяжении XX в. и Чр. резко увеличилась после II мировой войны. Это дало повод говорить о «демографическом взрыве». Нас. мира увеличивается сегодня на 250 тыс. человек ежедневно, 1 млн. 750 тыс. каждую неделю, 7,5 млн. в месяц, 90 млн. в год. По данным ООН, осн. прирост нас. приходится на развивающиеся страны. Распределение плотности нас. на земном шаре весьма неравномерно. Эта Неравн. ярко проявляется даже в пределах одной страны из-за концентрации нас. в городах. Быстрый рост резко обостряет эк. и соц. проблемы. Число жителей развивающихся стран составляет ¾ населения планеты, а потребляет всего 1/3 общемировой продукции, причем разрыв в потреблении на душу населения продолжает расти. Если бы все население Земли "сжать" до размеров деревушки с нас. в 100 человек, а все сущ. соотн. остались бы прежними, то получилась бы след. картина: в ней проживало бы 57 азиатов, 21 европеец, 14 представителей Сев., Центральной и Южной Америки, 8 африканцев; 70 были бы «цветными»; 50% всех богатств оказалось бы в руках 6 человек, и все они были бы гражданами США; 70 человек не умели бы читать; 50 страдали бы от недоедания; 80 человек жили бы в жилищах, для проживания не приспособленных; только 1 человек имел бы университетское образование.

В сов. мире проблемой является ликвидация онкологических заболеваний (в первую очередь для развитых стран), паралитического полиомиелита, сердечно-сосудистых заболеваний. Наиболее массовой инфекцией остаётся грипп. В развивающемся мире самой распространённой болезнью является малярия, гепатит, который часто переходит в хрон. форму с осложнениями типа цирроза и первичного рака печени. Среди основных инф. заболеваний СПИД распространяется наиболее быстро.

Из более 200 стран мира на 19 крупнейших с населением свыше 50 миллионов человек приходится почти ¾ жителей Земли. В 152 государствах число жителей не превышает 10 миллионов человек, а в 38-100 тысяч. К 2050 году население Земли возрастет на 73% с нынешних 5,7 миллиарда до 9,8 миллиарда человек. Это вызовет изменения и в процентном отношении количества жителей разных континентов. Если население Азии через 50 лет будет, как и сегодня, составлять примерно 60% от общего числа обитателей планеты, то доля африканцев возрастёт с 12% до 22%, а европейцев уменьшится с 14% до 7%.

47. Понятие об устойчивом развитии общества

Концепция устойчивого развития вошла в природоохранный лексикон после Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г). Устойчивое разв. форм. как «модель движения вперед, при котором достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколений». Основные принципы о неразрывности эколого-экономических связей: экономическое развитие в отрыве от эк. ведет к превращению планеты в пустыню; упор на эк. без эконом. развития закрепляет нищету и несправедливость. Следуя рекомендациям и принципам, изложенным в резолюциях Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро) и руководствуясь ими, представляется необходимым и возможным осуществить в РФ послед. переход к устойчивому развитию, обеспеч. сбалансированное решение социально-экономических задач и проблем сохранения благоприятной окр. среды и прир-ресурсного потенциала. Основными направлениями перехода России к устойчивому развитию были приняты следующие: создание правовой основы перехода к устойчивому развитию, включая совершенствование дейст. законодательства; разработка системы стимулирования хоз. деят. и установление пределов ответственности за ее эконом. результаты, при которых биосфера воспринимается уже не только как поставщик ресурсов, а как фундамент жизни, сохранение которого должно быть непременным условием; оценка хоз. емкости локальных и региональных экосистем страны, определение допустимого на них антропогенного воздействия; формирование эффективной системы организации устойчивого развития и создания соответствующей системы воспитания и обучения. Переход ряда стран к устойчивому развитию - это весьма длительный процесс, который потребует решения огромных по масштабу эколого-экономический задач, поэтому он будет осуществляться поэтапно. Основные вехи на этом пути:  решение сложнейших соц. и эконом. проблем оздоровления окр. среды, в первую очередь, в зонах эк. бедствия;  гармонизация взаимодействия с природой всего мирового сообщества и др. Особо следует заметить, что переход к устойчивому развитию потребует безусловного искоренения стереотипов мышления, пренебрегающих возможностями биосферы и порождающих безответственное отношение к обеспечению экологической безопасности.  Как считают многие ведущие ученые и специалисты, именно движение человечества к устойчивому развитию в конечном итоге должно привести к формированию предсказанной В.И. Вернадским сферы разума (ноосферы), к достижению гармонии между Обществом и Природой. 

48. Радиоактивное загрязнение на Чернобыльской АЭС

26 апреля 1986 г. на Чернобыльской АЭС произошла беспрецедентная ядерная катастрофа, в результате кот. в прир. ср. было выброшено большое количество радионуклидов. Нижние участки Припяти, Днепра и верхняя часть Киевского водохранилища вошли в З0-километровую зону заражения. Процесс выброса радионуклидов из разрушенного реактора был растянут во времени и состоял из нескольких стадий. На 1 стадии было выброшено диспергированное топливо, в котором состав радионуклидов соотв. составу в облученном топливе, но был обогащен летучими изотопами йода, теллура, цезия и благородных газов. На 2 стадии благодаря принимаемым мерам по прекращению горения графита и фильтрации выброса мощность выброса уменьшилась. Потоками горячего воздуха и продуктами горения графита из реактора выносилось радиоактивное мелкодиспергированное топливо. Для 3 стадии хар-ным было быстрое нарастание мощности выхода продуктов деления за пределы реакторного блока. За счет ост. тепловыделения температура топлива в акт. зоне превышала 1700 ⁰С, что в свою очередь обусловливало температурно-зависимую миграцию продуктов деления и хим. превращения оксида урана, которые из топливной матрицы выносились в аэрозольной форме на продуктах сгорания графита. С последней 4 стадией утечка продуктов деления быстро начала уменьшаться. К этому времени суммарный выброс продуктов деления составил около 1,9 ЭБк (50 МКи), что соответствовало примерно 3,5 % общего количества радионуклидов в реакторе к моменту аварии. В результате катастрофы было эвакуировано около 96 тысяч человек из Припяти, Чернобыля, более 70 нас. пунктов тридцатикилометровой зоны, а также за ее пределами. В 1990 и 1991 годах принимались меры по дальнейшему отселению людей с загрязненных территорий Киевской и Житомирской областей. Всего за эти годы эвакуировано около 130 тысяч человек, но на радиационно-загрязненных территориях, не считая Киева (хотя он относится к зонам загрязнения), живет около 1.8 миллиона человек, удельный вес здоровых в данных районах уменьшился за эти годы с 50 до 20 процентов. И хотя неблагоприятные тенденции нарастают, гос. программы отселения практически свернуты. Общая площадь Украины, загрязненная цезием-137 более 1 Ки/км2 составляют 36 млн. га, более 5 Ки/км2 - 470 тыс. га, более 15 Ки/км2 - 75 тыс. га. Радионуклиды, естественно, попали в моря и реки, просочились в грунтовые воды... Невозможно говорить даже об относительной чистоте Десны и Днепра. Невозможно говорить о безопасности. Растет общая смертность населения Украины - ежегодно на 7-9 процентов.

49. Потребление энергии в экосистемах

Энергетические превращения осуществляются по законам термодинамики – энергия переходит из одной формы в другую, но не исчезает и не появляется. Самопроизвольно идут только те процессы, где энергия рассеивается. Энтропия – мера упорядоченности системы. Живые системы открыты для обмена энергией. Извне поступает даровая энергия солнца. В живых системах есть компоненты, обладающие механизмом улавливания, концентрации и рассеивания энергии (увеличение энтропии) – проц. характеристика для живых и неживых систем. Только живые системы способны улавливать и концентрировать энергию. Процесс образования порядка в системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией, он ведет к уменьшению энтропии. Живые системы поддерживают свою жизнедеятельность благодаря наличию даровой избыточной энергии, во-вторых благодаря способности за счет устройств, сост. ее компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав рассеивать в окружающую среду. Фотосинтез – синтез сахара из неорганических веществ – CO₂ и H₂O, при помощи солнечной энергии. 6CO₂ + 12H₂0 (2816 Дж, хлорофилл)  C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Поток энергии в экосистеме: трофическая цепь является энергетической цепью. Любое количество органического вещества эквивалентно количеству энергии. Эту энергию извлекают, разрывая энергетические связи вещества. Поток вещества – это перемещение вещества в форме химических элементов или их соединений от продуцентов к редуцентам или без них. Поток энергии – это переход энергии в виде химической связи по цепям питания от одного трофического уровня к другому. Энергия может быть использована 1 раз. Скорость потока энергии – это количество энергии, перемещающаяся с одного трофического уровня на другой в единицу времени. Пищевая цепь - это основной канал переноса энергии в пищевых системах.

50. Город как гетеротрофная экосистема

Город является гетеротрофной экосистемой с очень высокой концентрацией потребителей. Действительно, продукция зеленых растений не играет заметной роли в функционировании урбоэкосистемы. Поэтому городу необходим приток энергии и вещества с больших площадей, находящихся за его пределами. Среда на входе и выходе для системы города значительно важнее, чем для такой экосистемы, как, например, лес - город, по сути, паразитирует на окружающих ландшафтах. Таким образом, при существующем порядке хозяйствования город почти не производит пищи или других органических веществ, не очищает воздух и почти не возвращает в круговорот неорганические вещества. Кроме того, урболандшафт является значительным накопителем и перераспределителем (вместе с перемещаемым грунтом, строительным материалом, топливом и прочими веществами) многих редких элементов, значительно повышая содержание некоторых из них в антропогенных экосистемах.

Необходимо заметить, что если растения резко ограничены в возможностях поселения в городе (лимитирующим фактором является очень фрагментарный и находящийся под сильным антропогенным прессом почвенный покров), то для животных обнаруживается огромное количество потенциальных экологических ниш. Это связано с очень большим числом самых разнообразных убежищ (в этом отношении город ощутимо превосходит природные экосистемы), обилием кормовых ресурсов и высокой комфортностью местообитаний, особенно для некоторых синантропных групп животных. Существенными особенностями этих биотопов являются ряд антропогенных факторов, которые накладывают специфический отпечаток на видовой состав и особенности образа жизни городских обитателей.

51. Рациональное природопользование

Экономия ресурсов и энергии (вода, нефть, газ, уголь, руды). Привлечение нетрадиционных источников энергии. Уменьшение вредных выбросов в окр среду. Экономное отношение к продуктам производства. Экономическое стимулирование экологичности производства.

Технологии мониторинга природно-техногенной сферы - разработку и исп. наземных и дистанционных (в т.ч. космических) систем и методов оценки состояния окр. среды и последствий хоз. деят., санитарно-гигиенических условий сущ. человека и биол. разнообразия. Техн. прогнозирования развития климатических, экосистемных и ресурсных изменений – мониторинг глоб. изменений прир. среды, климата, сейсмичность и связанные с ней процессы; обеспечение устойчивого развития нар. хоз. в усл. меняющегося климата и глоб. изменений прир. среды. Технологии обеспечения безопасности продукции, производств и объектов - системы, средства и методы предупреждения крупных прир. и техногенных аварий и катастроф и снижения ущерба в случае их возникновения, в том числе средства анализа состояния и поведения сложных технических и прир. систем, нас. пунктов на всех этапах их жизненного цикла; Технологии реабилитации окр. среды от техногенных воздействий - технологические процессы водоподготовки, ориентированные на создание инд. и коллективных средств приготовления питьевой воды необходимого качества с использованием принципиально новых биотехнологических и безреагентных методов обеззараживания. Эффективные системы очистки от пыли и газообразных загрязнений на основе новых материалов и конструкций фильтровальных элементов, экологически чистых адсорбентов. Создание технологии утилизации попутных продуктов промышленности в товарные строительные изделия. Технологии неистощительного природопользования - основываются на разработке новых и рац. уже применяемых процессов: полное возобновление ресурсов, повышение качества и эффективности использования изъятого сырья, снижение доли неэффективно эксплуатируемых ресурсов, устранение побочного воздействия на ресурсы и условия их регенерации.

52. Классификация природных ресурсов

Природный ресурсы – средства существования человека, которые он не создает своим трудом, но берет их из природы.

Такое понимание природных ресурсов дает возможность осуществлять их классификацию как по месту в природных системах, так и по особенностям их хозяйственного использования. Один из наиболее общих подходов состоит в разделении всех природных ресурсов на исчерпаемые и неисчерпаемые. К неисчерпаемым относятся те, которые связаны с энергией Солнца и внутренних глубин Земли, силами гравитации (энергия солнечных лучей, ветра, геотермальная, приливов и отливов, климатические ресурсы), а также воды Мирового океана. Исчерпаемые ресурсы разделяются на невозобновляемые (полезные ископаемые, исчезающие виды живых организмов) и возобновляемые (водные, почвенные, биологические). Природная классификация базируется на принадлежности природных ресурсов к тем или иным сферам географической оболочки: минеральные, климатические, земельные, водные, биологические. По хозяйственному использованию все ресурсы можно разделить на: ресурсы для производственной (промышленность, сельское хозяйство) и непроизводственной сферы; локальные (местные), национальные (государственные) и глобальные (мировые); детально изученные, выявленные, прогнозируемые. Ископаемые ресурсы (полезные ископаемые) классифицируют по степени их геологического изучения и хозяйственного значения.

53. Земельные ресурсы

Земельный фонд России в 1992 г. (на конец года) составил 1709.6 млн. га. За последние 27 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 12.4 млн. га, пашни - на 2.3 млн. га, сенокосов - на 10.6 млн. га. Причинами уменьшения площади сельхозугодий являются нарушение и деградация почвенного покрова, отвод земель под застройку городов, поселков и промышленных предприятий. Фонд черноземных почв России составляет около 120 млн. га. Это всего лишь около 7% общей площади, но на ней размещается более поло вины всей пашни и производится около 80% всей земледельческой продукции. Площадь эрозионно-опасных и подверженных эрозии с/х угодий составляет 124 млн. га (56%), из них 87.3 млн. га пашни. По данным государственного учета 1990 г., общая площадь оврагов составила 2.4 млн. га, 26.2 млн. га пашни (20.4%) расположено на смытых почвах, 2.1 млн. га (1.7%) подвержено совместному воздействию водной и ветровой эрозии, 7.9 млн. га (6.1%) дефлировано, всего же дефляционно-опасными землями считаются 44 млн. га (32.2%). Растут площади эродированных черноземов. За последние 15-20 лет они возрастали в среднем на 250-300 тыс. га/год. На многих расчлененных территориях с черноземными почвами 50% и более распаханных земель эродированы. Ежегодно до 25-30 тыс. га черноземов теряются в результате роста оврагов. Проведение почвозащитных мероприятий в последние годы сокращается. За последние 20 лет запасы гумуса сократились на 25-30%, а ежегодные потери в целом по РФ составляют 81.4 млн. т. По данным агрохимического обследования, в России 16.5 млн. га пашни характеризуются очень низким содержанием гумуса, 21 млн. га - низким. Гумусированность черноземов центральных черноземных областей за последние 100 лет снизилась почти вдвое, а ежегодные потери гумуса в черноземах составляют в среднем 0.5-1 т/га. Площади мелиорированных земель, находящихся в неудовлетворительном состоянии, в целом по РФ сократились на 105 тыс. га. Общая площадь засоленных земель составляет 38.4 млн. га (19.9% площади сельхозугодий), в том числе 25.6 млн. га почв солонцовых комплексов. Площадь пахотных засоленных земель - 12.9 млн. га. Площади переувлажненных и заболоченных земель, используемых под пашню, возрастают. В 1990 г. они составили 8 млн. га (5.2% пашни), тогда как в 1985 г. их было 5.8 млн. га (4.5%). Общая площадь земель, нарушенных в результате добычи полезных ископаемых, проведения строительных и геологоразведочных работ, составила в 1991 г. 1.1 млн. га, из которых 0.7 млн. га нарушено в период с 1976 по 1991 г. Более 50% этой площади занимали сельскохозяйственные угодья.

54. Полезные ископаемые

Т.Р.Мальтус 1798 г.: все беды человечества проистекают от того, что рост населения опережает рост средств существования. Нефть. До 1900 г. нефти было добыто 0,54 млрд. баррелей (86,5 млн. т.), в 1901–1920 гг. - 6,47, в 1921–1940 гг. — 37,24, в 1941–1960 гг. — 73,39, в 1961–1980 гг. — 266,41, в 1981–2000 гг. будет потреблено 445,23, а в 2001–2020 гг. (по прогнозам) — 1081,79. Ее мировые запасы в 1997 г. оценивались в 1016 млрд баррелей, т.е. еще до 2020 г. нефти на Земле не останется. Около ½ добываемой в мире нефти потребляется для получения бензина, дизельного и ракетного топлива. Жесткие требования предъявляются к бензину - он не должен содержать канцерогенные бензол и конденсированные АрУВ (получают при кат. риформинге нефти). Без них же бензин имеет низкое октановое число и непригоден для автомобильных двигателей. Замена более экологичным алкилированием, изомеризацией и синтезом оксигенатов требуется чудовищная сумма. Газ. Во всех странах сейчас пытаются нефть заменить природным газом, используя его как топливо и сырье для получения синтетических материалов. На хим. переработку (в т.ч. в жидкое топливо, способное заменить бензин) расходуется всего 2,5% добываемого газа. Остальное идет на отопление и производство электроэнергии. Сегодня всего три завода в мире производят жидкое топливо из прир. газа: в Малайзии, Новой Зеландии и Южной Африке. Газа на планете значительно больше, чем нефти, особенно в России. Но и его при продолжающемся росте потребления едва ли хватит до середины ХХI в. Запасы газа оцениваются примерно в 350 трлн. м3. Кроме того, добыча газа с каждым годом обходится все дороже. Есть еще богатый источник природного газа: газогидраты, или соединения метана с водой. Они залегают под океанами и в толщах вечной мерзлоты, а при обычных давлении и температуре быстро разлагаются. Природного газа в газогидратах, видимо, значительно больше, чем в свободном состоянии, однако технологии без серьезного ущерба для окр. среды пока не разработаны. Каменного угля на Земле гораздо больше, чем нефти и газа. По оценкам специалистов, его запасов может хватить на сотни лет. Однако каменный уголь — эк. грязное топливо, в нем много золы, серы, вредных металлов. Из каменного угля можно получать и жидкое топливо для транспорта, но оно обходится очень дорого (450 долл./т), и сейчас его не выпускают. Теплотворная способность угля ниже, чем нефти и газа, а его добыча значительно дороже.

55. Энергетические ресурсы

ГЭС, ТЭС

Журналисты и "зеленые" часто призывают шире использовать возобновляемые источники энергии: солнечную энергию, энергию воды, ветра и т.д. Однако много энергии от них не получишь, и вряд ли она в обозримом будущем даст более 1% в суммарном мировом производстве энергии. Энергия рек использована практически полностью. Расчет на энергию ветра вряд ли оправдан. Видимо, перспективнее делать ставку на энергию морских течений. Единственный реальный сегодня и не имеющий серьезных ограничений в обозримом будущем источник энергии — атомная энергетика. Запасы урана достаточно велики, и атомной энергии хватит еще надолго, даже с учетом роста энергопотребления в ХХI в. Во Франции уже сегодня 78% электроэнергии производится на атомных станциях, в Японии — 33%. При правильном использовании и серьезном отношении атомная энергетика оказывается вне конкуренции и с экологической точки зрения, значительно меньше загрязняя окружающую среду, чем сжигание углеводородов. В частности, суммарная радиоактивность золы каменного угля гораздо выше, чем радиоактивность отработавшего топлива всех атомных электростанций. Управляемый термоядерный синтез — практически неисчерпаемый и сравнительно дешевый источник энергии.

56. Принципы природопользования

Природопользование – это процесс использования природных ресурсов в целях удовлетворения материальных и культурных потребностей общества. Рациональное природопользование – изучение природных ресурсов, их бережная эксплуатация, охрана и воспроизводство с учетом настоящих и будущих потребностей общества и сохранение потребностей людей.

Условия эффективного использования почв:

- борьба с эрозией;

– культурная обработка земли;

- грамотное использование удобрений;

– проведение мероприятий по мелиорации и рекультивации.

Рекультивация:

– горнотехническая (засыпка карьеров);

– биологическая (группы живых организмов, деятельность которых приводит к восстановлению плодородия);

– лесная (длительное применение до нескольких десятков лет).

Принципы природопользования:

- принцип примата природы;

- принцип экологизации производства.

57

58. Природоохранительные территории

Заповедные территории:

Заповедники – где исключена хоз. деятельность и ведется научная работа: Великий Камень, гора Шайтан-Тау, озеро Банное, Каппова пещера, Аскынская пещера, Башкирский заповедник, Шульган-Таш, Южно-Уральский заповедник и др.

Заказники – территории закрытые для восстановления видового разнообразия: Кизильское лесничество, гора Яман-Тау, белебеевский р-н.

Резерваты – где частично проводится хоз. деятельность.

Питомники – где производится выращивание животных.

Атмосферные заповедники.

Национальные парки – как заповедники и резерваты, проводятся экскурсии.

59. Антропогенный круговорот, ресурсный цикл

Под ресурсным циклом или антропогенным круговоротом веществ понимают совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества или группы веществ на всех этапах использования их человеком. Цикл фактически не замкнут из-за потерь, например, каменный уголь обратно в места залегания не возвращается. Антропогенный круговорот естественен, как и любой другой, но предполагает разумное волевое начало.

60. Что изучает экология человека?

Экология - это наука о взаимоотношении организма с окружающей средой. Конкретные направления этой науки могут называться, например, так: "Экология речного бобра", "Экология осетровых рыб" и т.п. При этом объект исследования может быть рассмотрен с позиций среды его обитания, мест и условий размножения, взаимодействия с другими особями своего биологического вида, а также с конкурентами, врагами (хищниками, паразитами) или просто с соседями. Объектом экологических исследований является, в том числе, человек. При этом человека обычно изучают прежде всего в его производственных условиях (море, угольные шахты, космические полеты и т.д.). Особое направление экологии человека - это охрана среды его обитания. Во многих странах существуют специальные экологические службы, а также общественное Движение "зеленых". "Зеленые" направляют свои усилия прежде всего на борьбу с загрязнением водоемов, воздушной среды, почвы, за сохранение лесов и животного мира. "Зеленые" борются против ядерных испытаний, за уничтожение ядерного, химического и биологического оружия, за запрет противопехотных мин, калечащих и мирных жителей, и животных, за запрет капканного промысла пушных зверей, при котором животные подвергаются чрезвычайным страданиям. Также очень важны "прикладные" экологические исследования жизнедеятельности человека в различных производственных условиях.

61

62

63

64. Принципы раздельного питания. Продукты щелочной, кислотной и нейтральной группы

Чел. накопил довольно много научных знаний о том, как сохр. здоровье, в т.ч. и путем рац. питания. Однако когда мы утоляем голод, то почти не задумываемся, что и как едим. Несмотря на широкую пропаганду разных диет, многие люди страдают от избыточного веса, нарушениями обмена веществ, сердечно - сосудистыми заболеваниями, болезнями пищеварительного тракта и др. В последние годы во многих странах возник повышенный интерес к методу раздельного питания. Этот метод трудно назвать диетой, потому что разрешается абсолютно все. Нужно только знать, как правильно их сочетать, чтобы не создавать своему организму доп. хлопот по перевариванию и усвоению питательных веществ. Основной принцип метода состоит в том, что при составлении рациона питания необходимо учитывать совместимость отд. продуктов при пищеварении. Рекомендуется в неогр. кол-вах потребление свежих овощей и фруктов и ограничить потребление консервированных продуктов, а также рафинированной сладкой продукции пром. переработки. Необх. самым щадящим способом проводить кулинарную обработку свежих продуктов, чтобы при варке, тушении, запекании или жарении максимально сохранить жизненно необх. компоненты. Соблюдение этих условий позволит уменьшить затраты энергии на пищеварение, поддерживать кислотно-щелочное равновесие и создаст оптимальные условия для нормального функционирования органов пищеварения. По теории раздельного питания, продукты, богатые белками (белков свыше 10%) и продукты, богатые углеводами (свыше 20%) не надо употреблять одновременно, а с инт. в 4-5 часов. Для переваривания белков и углеводов организму требуются различные условия и различное время. (углеводов - щелочная среда, меньше времени, белков – кислая, больше времени). Поэтому если мы одновременно едим пищу, содержащую много белков и углеводов, то какие-то из этих веществ будут усвоены хуже. Непереваренные остатки пищи, скапливаясь в толстой кишке, при опр. условиях могут стать причиной ряда заболеваний. К продуктам, богатым белками, относятся: мясо, рыба, субпродукты, яйца, нежирные молпродукты, бобовые, орехи и др. К продуктам, богатым углеводами, относятся: хлеб, мука, крупы, макаронные изделия, картофель, сахар и др. Особую группу составляют так называемые «нейтральные» продукты: животные жиры, сливочное масло, сметана, сливки, жирный творог, жирные сорта сыра, сухофрукты, зелень, свежие овощи и фрукты. Хар-й особенностью «нейтральных» продуктов явл. то, что они совместимы и с продуктами, богатыми белками, и с продуктами, богатыми углеводами.

65. Кислотно-щелочное равновесие

Концентрация ионов водорода в крови - одна из наиболее строго регулируемых физиол. переменных орг. Совместимые с жизнью пределы колебаний рН 7.0…7.8. Даже слабые сдвиги рН могут очень сильно влиять на скорость метаболических процессов и стабильность белков. Поэтому орг. стремится поддерживать постоянство этих величин. На ранних этапах эволюции первичной клетки путём отбора выполнение этих функций стал осуществлять гистидин т.к. его рН соответствует макс. ионизации внутриклеточных метаболитов, что позволяет удерживать их в клетке. Орг. располагает несколькими видами мех-мов, которые способны поддерживать кислотно-щелочное равновесие. Помимо трёх осн. систем поддержания кислотно-щелочного гомеостаза в орг. человека (респираторной, экскреторной и буферной) в последние годы установлено сущ. ещё четвёртой: метаболической. Эта система предст. соб. совок. опр. изм. в направленности и интенсивности обмена углеводов, липидов, аминокислот, нуклеотидов (соответственно белков и нуклеиновых кислот), имеющих место непосредственно в клетках в ответ на нарушение кислотно-щелочного равновесия в организме. Физиологический смысл указанных изменений обмена веществ заключается в регулировании интенсивности взаимопревращений сильных органических кислот и оснований в более слабые кислоты и основания или нейтральные соединения и наоборот. На ранних этапах изменения кислотно-щелочного равновесия помимо буферной системы для обеспечения постоянства внутриклеточного рН включаются гомеостатические молекулярные механизмы тканей, направленные на связывание избытка протонов и образование органических кислот при дефиците протонов, т.н. метаболический гомеостаз. Процесс образования органических кислот в тканях находится под многоступенчатым контролем гормональных и внутриклеточных регуляторов. Выявление и устранение эндогенных факторов риска является принципиальной основой современной системы интегральной профилактики, базисной терапии распространённых заболеваний и реабилитации больных.

66. Круговорот веществ

Под круговоротом в биосфере понимают повторяющиеся процессы превращений и пространственных перемещений веществ, имеющие определенное поступательное движение, выражающееся в качественных и количественных различиях отдельных циклов. Выделяют два вида круговорота:

– большой (геологический);

- малый (биотический).

Большой (геологический) круговорот веществ протекает от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет, включая в себя такие процессы, как круговорот воды и денудация суши. Дунудация суши складывается из общего изъятия вещества суши (52990 млн.т/год), общего привноса вещества на сушу (4043 млн.т/год) и составляет 48947 млн.т/год. Антропогенное вмешательство ведет к ускорению денудации, приводя, например, к землетрясениям в зонах водохранилищ, построенных в сейсмоактивных районах.

Малый (биотический) круговорот вещества происходит на уровне биогеоценоза или биогеохимического цикла.

67. Гидрологический круговорот.

Круговорот воды. Вода нах. в пост. движ. Испаряясь с пов. водоемов, почвы, раст., вода накапл. в атм. и, рано или поздно, вып. в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Т. о., кол-во воды на Земле не изм., она только меняет свои формы. Из всех выпадающих осадков 80% поп. непоср. в океан. Для чел. наибольший интерес предст. ост. 20%, выпадающие на суше, т.к. большинство исп. ист-в воды поп-ся именно за счет этого вида осадков. Для воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручьи и реки, попадает в рез. в озера и водохранилища – т.н. открытые источники водосбора. Либо просачиваясь через почву, поп. запасы грунтовых вод. Пов. и гр. воды и сост. 2 осн. ист-ка водоснабжения. Круговорот воды явл. из грандиозных процессов на пов. земного шара. Он играет гл. роль в связывании геол. и биотич. круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговорот. Испарение воды с поверхности океана, конд. вод. пара в атм. и выпадение осадков на пов. образуют малый круговорот. Если же вод. пар переносится возд. теч., круговорот становится сложнее. В этом случае часть осадков исп. и пост. обратно в атм., др. - питает реки и водоемы, вновь возвращаясь в океан речным или подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот. Важное св-во круговорота воды - связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атм. влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Наиболее медленной частью круговорота воды является деят. полярных ледниковых масс. Наибольшей акт. обмена после атм. влаги отличаются речные воды, кот. сменяются в ср. каждые 11 дней. Чр. быстрая возобновляемость осн. ист-в пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота явл. отражением глоб. проц. динамики вод на земном шаре.

68. Круговорот углерода

Углерод в биосф. часто представлен наиболее подвижной формой – C0₂. Источником явл. вулк. деят., связ. с вековой дегазацией мантии и нижних слоев земной коры. Миграция C0₂ в биосф. Земли протекает двумя путями. 1-й путь закл. в погл. его в проц. фотосинтеза с обр. орг. в-в и в послед. захор-ии их в литосф. в виде торфа, угля, горных сланц., рассеянной орг., осад. горных пород. Так, в дал. геол. эпохи сотни млн. лет назад знач. часть фотос-го орг. в-ва не исп. ни конс., ни редуц., а накапл. и постепенно погреб. под разл. мин. осадками. Нах. в породах млн. лет, этот детрит под действ. выс. t и P (проц. метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь (в. зав. от исх. материала, прод. и усл. пребывания в породах). Теперь в огр. кол-вах доб. это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в опр. смысле заверш. круговорот углерода. По 2-му пути миграция С осущ. созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO₂ переходит в H₂CO₃, HCO₃^1-, CO₃^2-. Затем с пом. растворенного в воде кальция происх. осаждение карбонатов CaCO₃ биогенным и абиогенным путями. Возн. мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода сущ. еще ряд малых его круговоротов на пов. суши и в океане. В пред. суши, где сущ. раст., CO₂ атм. погл. в проц. фотосинтеза в дневное время. В ночн. время часть его выдел. раст. во внеш. ср. С гибелью раст. и жив. на пов. происх. окисление орг. в-в с обр. CO₂. Особое место в совр. круговороте в-в занимает массовое сжигание орг. веществ и постепенное возрастание сод. CO₂ в атм., связанное с ростом пром. пр-ва и транспорта.

69

70. Круговорот азота

При гниении орг. в-в знач. часть сод. в них азота превр. в NH₄, кот. под влиянием жив.в почве трифицирующих бакт. окисляется в аз. кис­л. Она вступая в р-ю с нах. в почве карбонатами (напр. с СаСО₃), образует нитраты:

2HN0₃ + СаСО₃  Са(NО₃)₂ + СО₂ + Н₂0

Нек. же часть азота всегда выд. при гниении в своб. виде в атм. Своб. азот выд. также при горении орг. в-в, при сж. дров, каменного угля, торфа. Кроме того, сущ. бактерии, кот. при недост. доступе воздуха могут отнимать O₂ от нитратов, разрушая их с выд. своб. азота. Деятельность этих денитрифицирующих бакт. прив. к тому, что часть азота из доступной для зеленых раст. формы (нитраты) пере­ходит в недост. (свободный азот). Т.о., далеко не весь азот, входивший в состав погибших раст., возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде. Непрерывная убыль мин. азотных соед. давно должна была бы привести к полному прекр. жизни на Земле, если бы в прир. не сущ. проц., возм. потери азота. К таким проц. отн., прежде всего про­исх. в атм. эл. разряды, при кот. всегда обр. нек. кол-во оксидов азота; посл. с водой дают аз. кислоту, превр. в почве в ни­траты. Др. ист-м поп. азотных соединений почвы явл. жизнедеят. т.н. азотобактерий, способных усваивать атм. азот. Нек. из этих бак­т. поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вы­зывая обр. хар. вздутий — «клубеньков». Усваи­вая атм. азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соед., а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и др. слож. вещества. Т.о., в прир. сов. непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необх. вносить удобр., возмещающие убыль в ней важн. эл-в питания растений.

71. Круговорот фосфора

P входит в сост. генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных мин. P сод. в виде неорг. фосфатиона (PO₄^3-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают PO₄^3- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме т.н. орг. фосфата. По пищевым цепям P переходит от раст. ко всем прочим орг. экосистемы. При кажд. переходе велика вероятн. окисл. содерж-го P соединения в проц. клеточного дыхания для получения орг. энергии. Когда это происх., фосфат в составе мочи или ее аналога вновь пост. в окр. среду, после чего снова может погл. растениями и начинать новый цикл. В отл., например, от CO₂, который, где бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками, пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет «свободного возврата» в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет.

Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их «отходы» жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном и происходит. Когда же в их функционирование вмешивается человек, он нарушает естественный круговорот, перевозя, например, урожай вместе с накопленными из почвы биогенами на большие расстояния к потребителям.

72. Фотосинтез и дыхание

Листья раст. осущ. три важных процесса – фотосинтез, испарение воды и газообмен. В процессе ф. из воды и CO₂ под действием солнечных лучей синт. орг. в-ва. Днем, в р-те ф. и дыхания, растение выделяет O₂ и CO₂, а ночью – только CO₂, образующийся при дыхании. Больш. раст. способно синт. хлорофилл. Необходимая для ф. световая энергия в известных пределах поглощается (1%) в красной области спектра. В хлоропластах вместе с хлорофиллом имеются пигменты каротин и ксантофилл. Оба этих пигмента поглощают синие и, отчасти, зеленые лучи и пропускают красные и желтые. Вып. роль экранов, защищающих хлорофилл от разруш. действия синих лучей. Процесс фотосинтеза слагается из целого ряда последовательных реакций, часть которых протекает с поглощением световой энергии, а часть – в темноте. Устойчивыми окончательными продуктами фотосинтеза являются углеводы (сахара, а затем крахмал), органические кислоты, аминокислоты, белки. Интенсивность также зависит от фазы развития растения. Применение изотопного метода анализа показало, что кислород, возвр. в атм. (¹⁶О) принадл. H₂O, а не CO₂, в котором преобладает другой его изотоп - ¹⁵О.

Световая фаза:

1. Фотолиз воды – 2H₂O4H⁺+O₂|;

2. Созд. разности пот. на мембране (e^- и H⁺)  эл. поле  молекула АДФ проходит через канал фермента в мембране и синт. в АТФ; 3. Образование H из (e^- и H⁺).

Темновая фаза:

1. Синтез глюкозы: 24H + 6CO₂ (Ф) C₆H₁₂O₆ + 6H₂O;

2. Синтез крахмала из глюкозы: nC₆H₁₂O₆ (Ф) [C₆H₁₀O₅]_n + nH₂O – реакция поликонденсации.

Σ: 6CO₂ + 6H₂O (nv) C₆O₁₂O₆ + 6O₂|;

73

74

75. Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека

Человеку как существу социальному изначально были присущи два рода потребностей: биологические (физиологические) и социальные (материальные и духовные). Одни удовлетворяются в результате затрат труда на производство продуктов питания, материальных и духовных ценностей, другие-человек привык удовлетворять бесплатно; это потребности в воде, воздухе, солнечной энергии и т.п. Назовем последние экологическими, а первые – социально-экономическими потребностями. Человеческое общество не может отказаться от использования природных богатств. Они всегда являлись и будут являться материальной основой производства, смысл которого и заключается в преобразовании различных природных ресурсов в потребительские блага. К вопросу об «экологизации» потребления можно подходить с разных позиций: физиологических, нравственных, социальных, экономических. Для любого общества управление ценностной ориентацией потребления – одна из наиболее сложных социальных задач. В настоящее время цивилизация переживает ответственейший период своего существования, когда ломаются привычные стереотипы, когда приходит понимание того, что удовлетворение бесчисленных запросов современного человека вступает в острый конфликт с первоосновой потребностей каждого – сохранением здоровой среды обитания. Трудности, порождаемые развитием цивилизации, растущая деградация природной среды и ухудшение условий жизни людей порождает необходимость действовать, искать новые концепции общественного развития.

76. Лесные ресурсы

Леса играют огромную роль в газовом балансе атмосферы и регулировании планетарного климата Земли. Общий баланс для лесов России, рассчитанный Б.Н.Моисеевым составил для углекислого газа 1789064.8 тыс. тонн, а для кислорода - 1299019.9 тыс. тонн. Ежегодно в лесах России депонируется 600 млн. тонн углерода. Эти гигантские объемы миграции газов существенно стабилизируют газовый состав и климат планеты. Основные запасы лесов России концентрируются в Сибири и на Дальнем Востоке, а также на Европейском севере. Максимальные проценты лесопокрытой площади отмечаются в Иркутской области и Приморском крае, несколько ниже они на юге Хабаровского края, юге Якутии, в приенисейской части Красноярского края и в республике Коми, Вологодской Костромской и Пермской областях. Однако лесистость совпадает с высокими запасами древесины лишь в Приморском крае и, в меньшей степени, на юге Красноярского края. В других регионах, где произрастают наиболее продуктивные леса (на Кавказе, Алтае, Европейском центре) лесистость заметно снижена, причем в значительной степени благодаря деятельности человека. Наиболее бедны лесами области юга Европейской России - Ростовская, Волгоградская, Астраханская, Оренбургская, Ставропольский край и республика Калмыкия, а также равнинные тундровые районы. Следует отметить, что на значительной части этих территорий современная лесистость заметно ниже естественной. Русские в степной зоне и крупноотгонные оленеводы на юге тундры существенно снизили площади лесов. Площади лесов на территории России постоянно сокращаются вот уже 500 лет, но, безусловно, наиболее резко - в ХХ в. Но все же этот процесс затронул Россию в меньшей степени, чем основной мир. Считается (Виноградов и др.), что в последние 10 тыс. лет было сведено 2/3 лесов Евразии. Для России этот показатель не оценивался, но он, безусловно, меньше 1/3. Общая лесная площадь за 10 лет (1983 - 1993 гг.) в России даже возросла на 6 млн. га, но это отчасти вызвано изменением системы учета. Однако, во многих регионах имеет место восстановление лесов, связанное с глубоким кризисом сельского хозяйства и экономики в целом. Но в то же время запасы древесины снизились на 1.2 млрд. м3, что говорит о том, что леса России “молодеют”, то есть вырубаются наиболее ценные - спелые и продуктивные леса, в восстановление идет за счет малоценных мелколиственных молодняков. Лесные ресурсы России считаются одними из богатейших в мире. Площадь доступных для эксплуатации спелых и перестойных лесов оценивается в 156.2 млн. га - 44.5% покрытой лесом площади страны.

77

78

79. Механические методы очистки сточных вод. Коагуляция, седиментация, центрифугирование

Флокуляция – образование хлопьев, флокул, способность частиц дисперсных систем агрегироваться вне зависимости от сил взаимодействия м/у частицами. Вещества, обуславливающие флокуляцию называются флокулянтами. Коагуляция – способность дисперсных систем выделяться на растворе под влиянием внешних воздействий. Вещества, обуславливающие коагуляцию называются коагулянтами. Центробежное отделение твердой фазы под действием центробежных и центростремительных сил происходит таких аппаратах, как центрифуги и гидроциклоны. Седиментация – оседание под действием гравитационного поля. Применяют коагулянты, для увеличения скорости осаждения взвесей, флокулянты – водорастворимые полимеры с полярными концевыми функциональными группами. Они связывают взвеси в рыхлые сетчатые агрегаты. Полиакриламид – (ПАА) – [CH₄-CH-(C=O)-NH]_n. Процесс идет в флокуляторе при равномерном и медленном перемешивании (без дробления частиц) ПАА добавляют 0.1% от содержания твердой фазы. Применяют в основном для сгущения очищаемой среды и первичного выделения осадков. Отстойник периодического действия,

отстойник непрерывного действия, вертикальные отстойники, горизонтальные, радиальный отстойник, тонкослойные отстойники (для тонкодисперсных примесей). Центрифугирование – разделение твердых и жидких фаз в поле центробежных сил. Центрифуги и гидроциклоны. Центрифуги – ускорение оседающей части по сравнению с гравитационным ускорением увеличивается на величину a = w²r/g, где w – угловая скорость вращения жидкости, r – радиус вращения. Уравнение движения V=(gLdr²)(pф – pс))/18m, где L – центробежная сила, dr – диаметр частицы, рф и рс – плотность дисперсной фазы и среды, m – вязкость среды. Улучшение в результате агрегации и фильтрации (укрупнение частиц). Циклоны: * напорные – цилиндрическая и коническая части. Вращение жидкости вызывается ее выпуском в тангенциальный патрубок, расположенный в верхней части цилиндра. Коническая часть кончается насадкой через которую выводится осадок. Низкий КПД из-за избыточной интенсивности турбулентности. Применяют для выделения частиц со скоростью осаждения менее 0.02 м/с. * Многоярусные: по принципу выделения аналогичны напорным. Устройство в камере нескольких секций, через которое проходит очищаемый поток, позволяет более полно использовать объем гидроциклона и уменьшить время пребывания жидкости в циклоне. * Открытые – для очистки от частиц со скоростью оседания более 0.02 м/с. большая производительность и малые потери напора.

80. Электрофорез и электроосмос

Использование направленного движения ионов в процессе электролиза. Очистка осуществляется с помощью фильтров и ионообменных мембран.

Электрофорез – процесс переноса частиц в электрическом поле. Причина – наличие разноименных зарядов у разных фаз. В результате возникновения электрического поля м/у электродами, благодаря малым размерам частиц дисперсной фазы происходит перенос отрицательно заряженной дисперсной фазы к положительному электроду. Заряд на частицах обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя из ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, либо за счет ионизации поверхностных молекул вещества.

Электроосмос – процесс переноса жидкости при приложении разности потенциалов ч/з пористую перегородку. Под влиянием электростатического поля по капиллярам перегородки к отрицательно заряженному электроду передвигается положительно заряженная жидкость.

81. Коагуляция. Флотация. Флокуляция

Коагуляция – способность дисперсных систем выделяться на растворе под влиянием внешних воздействий. Вещества, обуславливающие коагуляцию называются коагулянтами. Центробежное отделение твердой фазы под действием центробежных и центростремительных сил происходит таких аппаратах, как центрифуги и гидроциклоны.

Применяется для очистки стоков от мелкодисперсных и коллоидных примесей.

Al⁺³ +H₂O = Al(OH)²⁺ + H⁺

Al(OH)²⁺ + H₂O = Al(OH)₂⁺² + H⁺

Al(OH)²⁺ + H₂O = Al(OH)⁺³ + H⁺

Флотация - относится к физико-химическим методам очистки, процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычного газа и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания. Процесс очистки сточных вод, содержащих нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы заключается в образовании комплексов «частици-пузырьки», всплывание этих комплексов, удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности жидкости. Необходимо не смачивание или плохое смачивание частиц жидкостью. Способность жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее по границе. Метод пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного снижения концентрации некоторых растворенных веществ. Способы флотационной обработки: флотация с выделением воздуха раствора; с механическим диспергированием воздуха; с подачей воздуха через пористые материал; электрофлотация; биохимическая и химическая флотация.

Флокуляция – образование хлопьев, флокул, способность частиц дисперсных систем агрегироваться вне зависимости от сил взаимодействия м/у частицами. Вещества, обуславливающие флокуляцию называются флокулянтами.

82. Электрохимическая очистка сточных вод

Электролиз, при котором имеет место направленное движение ионов и заряженных дисперсных частиц и протекание реакций окисления на аноде и восстановления на катоде.

Электрофлотация - удаление твердых частиц дисперсной фазы осуществляется путем флотации их пузырьками водорода и кислорода, образующихся в результате электролиза водной части осветляемой жидкости. Катод 2H₂O + 2e  H₂ + 2OH^-. OH^- ионы движутся в аноду, где отдают свой заряд с выделением O₂. 4OH^- – 4e  2H₂O + O₂.

По сравнению с обычной флотацией пузырьки по размерам на 1 – 2 порядка меньше. Пузырьки – однородны и выделяются в больших количествах.

Электрофорез – процесс переноса частиц в электрическом поле. Причина – наличие разноименных зарядов у разных фаз. В результате возникновения электрического поля м/у электродами, благодаря малым размерам частиц дисперсной фазы происходит перенос отрицательно заряженной дисперсной фазы к положительному электроду. Заряд на частицах обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя из ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, либо за счет ионизации поверхностных молекул вещества.

Электрокоагуляция – в процессе анодного растворения образуются коагулянты – гидроксиды металлов, которые снимают, поверхностный заряд частиц под воздействием электрического поля.

Fe⁰ – e + H₂O  Fe(OH) + H⁺

Fe(OH) – e + H₂O  Fe(OH)₂ + H⁺

83. Гальванокоагуляция для удаления шестивалентного хрома

Восстановление бихромата ионами двухвалентного железа

Fe⁰  Fe²⁺ + 2e

6Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14H⁺  6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

84. Методы удаления шестивалентного хрома

Реагентная (хим.) очистка заключается в том, сто сначала идет восстановление Cr⁶⁺ до Cr³⁺, который затем осаждают до Cr(OH)₃. Для восстановления Cr⁶⁺ используют сернистый газ SO₂, бисульфат и сульфат натрия Na₂SO₃, железный купорос FeSO₄. Осаждение производят известковым молоком, щелочью, при pH = 9 – 8. Cr³⁺ + 3OH^-  Cr(OH)₃

Электрохимическая очистка: в процессе электрокоагуляции на аноде из железа или стали происходит анодное растворение с образованием Fe(OH)₂

Cr₂O₇^2- + 6Fe²⁺ +14H⁺  2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O

у катода: Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e  Cr³⁺ + 7H₂O

2H⁺ + 2e  H₂ повышается pH и Fe³⁺, Cr³⁺ осаждаются в виде гидроксидов.

Гальванокоагуляционный метод: восстановление бихромата ионами двухвалентного железа

Fe⁰  Fe²⁺ + 2e

6Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14H⁺  6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

85. Ионообменная очистка сточных вод

Процесс обмена ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита.

Me⁺ + H[K] = Me[K] + H⁺

Me⁺ - катион, находящийся в сточной воде.

Me⁺ + Na[K] = Me[K] + Na⁺

К – сложный комплекс катиона.

2Me[K] + H₂SO₄ = 2H₂[K] + MeSO₄

Осуществляется в аппаратах периодического и непрерывного действия.

Me[K] + NaCl = Na[K] + MeCl

86. Биохимическая очистка сточных вод

Использование бактерий для очистки вод.

Орг. в-ва + O₂ + N + P (микроорганизмы) + CO₂ + H₂ + биологически не окисляемые растворимые вещества.

Факторы влияющие на биологическую очистку:

- концентрация водородных ионов (pH);

- кислородный режим и наличие токсичных веществ в среде;

87. Очистка сточных вод от нефтепродуктов и красителей

Процесс очистки сточных вод, содержащих нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы заключается в образовании комплексов «частици-пузырьки», всплывание этих комплексов, удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности жидкости. Необходимо не смачивание или плохое смачивание частиц жидкостью. Способность жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее по границе. Метод пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного снижения концентрации некоторых растворенных веществ.

Способы флотационной обработки:

– флотация с выделением воздуха раствора;

– с механическим диспергированием воздуха;

– с подачей воздуха через пористые материалы;

– электрофлотация (на катоде и аноде образуются пузырьки Н₂ и О₂ которые оказывают флотационное действие);

– биохимическая и химическая флотация.

88. Твердые отходы машиностроения. Методы утилизации

В машиностроении используются:

– литейная;

- сварочная;

- прокатная;

- кузнечно-прессовая;

- электрохимическая;

- механическая обработка металлов.

Наиболее крупные источники пылегазовыделения – вагранки, электродуговые и индукционные печи в литейном производстве. Выбросы электродуговых печей: Fe₂O₃, Mn₂O₅, Al₂O₃, SiO₂, CaO, MgO и хлориды, оксиды Cr и Р.

Вагранки: SiO₂, CaO, Al₂O₃, Mg, Fe(2)O₃, широкий спектр дисперсности пыли – 1- 150 мкм (основа 60% - свыше 60 мкм).

Прокатно-кузнечное производство. Основа отходов - окалина, составляет 2-4% от массы материала. Большое выделение пыли, туманов кислот, масел.

Сварка. Для удаления оксидной пленки с поверхности металла используют сварочные флюсы в которые входят: SiO₂, B₂O₃, TiO3.

Для удаления вредных веществ используют различные хим. реакции.

(удаление Р – его окисление).

89. Загрязнение атмосферы автомобильным и авиационным транспортом

В общем количестве выбросов вредных веществ в атмосферу над территорией России доминируют выбросы от стационарных источников (промышленность, ТЭЦ). Суммарный выброс загрязняющих веществ в 1991 году составил 53 млн. т (32-от промышленности, 21-от автотранспорта).

Основные загрязнители:

1. CO – воздействует на нервную и сердечно-сосудистую системы;

2. Оксиды азота, в основном NO₂ – взаимодействуя с углеводородами выхлопных газов, образуют фотохимический смог. В чистом виде приводят к отеку легких;

3. SO₂ – накапливается в листьях и хвое, чем наносит урон лесам; раздражает слизистые оболочки;

4.Углеводороды (пары бензина, пентан, гексан) – обладают наркотическим действием, вызывают головные боли, головокружение;

5. Альдегиды – раздражают слизистые оболочки;

6. Соединения свинца – нарушают синтез гемоглобина, провоцируют заболевания дыхательных путей, нервной системы;

7. Атмосферная пыль: сажа, содержащаяся в пыли, обладает большой адсорбционной способностью к тяжелым углеводородам, что делает ее опасной для здоровья человека.

90. Методы и аппараты очистки газов от пыли.

Работа пылеулавливающих аппаратов основана на:

- гравитационное осаждение под действием сил тяжести;

– осаждение под действием центробежных сил;

– инерционное осаждение;

– зацепление (если расстояние от частицы, движущейся вместе с газовым потоком до обтекаемого тела, равно ее радиусу или меньше его);

– диффузионное осаждение;

– электрическое осаждение (при ионизации газа, частицы осаждаются на электродах);

Аппараты пылеулавливания:

- механические: циклоны, вихревые, ротационные, радиальные;

- гидравлические: центробежные, механические, турбулентные, скрубберы, пенные;

- фильтрационные: тканевые фильтры, зернистые, волокнистые.

Метод конденсации: применяют для улавливания паров и летучих растворителей. В основе метода лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Достоинства: простота аппаратурного оформления и эксплуатации установки. Недостатки: взрывоопасность процесса, высокие расходы холодильного реагента и электроэнергии, низкий вывод растворителей.

Метод компримирования базируется на том же явлении, что и метод конденсации, но применительно к парам растворителей, находящихся под высоким давлением. Недостатки: сложность аппаратурного выполнения, невозможность работы с парами с низкой концентрацией.

91. Абсорбционные методы очистки газов

Суть абсорбции заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкостью. В зависимости от особенностей взаимодействия поглотителей и извлекаемого из газовой смеси компонента абсорбционные методы делятся на физическую и химическую абсорбцию. Для физической абсорбции применяют поглотители: воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемыми газами. При химической абсорбции извлекаемые компоненты вступают в химическую реакцию с хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости. Известняковые и известковые методы

Очистка от SO₂. Абсорбция SO₂ сульфитом натрия: Na₂SO₃ + SO₂ + H₂O  2NaHSO₃; 2NaHSO₃  SO₂ + H₂O + Na₂SO₃; Вторая стадия – регенерация сульфата натрия – проводится при температуре 130 гр., при этом выделяются газообразный SO₂. Охлажденный раствор сульфата натрия снова возвращается на абсорбцию, а SO₂ направляется на переработку в серную кислоту.

Аммиачный способ улавливания SO₂: SO₂ + NH₄OH = NH₄HSO₃; (NH₄)₂SO₃ + SO₂ + H₂O = 2NH₄HSO₃; при нагревании бисульфат аммония разлагается: 2NH₄HSO₃  (NH₄)₂SO₃ + SO₂ + H₂O; высокая степень улавливания SO₂. Магнезиальные методы. Диоксид серы поглощается суспензией оксиды-гидроксиды магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфата магния, которые сушат, а затем термически разлагают на SO₂ – содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают в абсорбцию. Реакции в абсорбере: MgO + SO₂ = MgSO₃; MgSO₃ + SO₂ + H₂O = Mg(HSO₃)₂; Бисульфат магния нейтрализуется добавкой соответствующего количества свежего оксида магния: Mg(HSO₃)₂ + MgO = 2MgSO₃ + H₂O; осадок подвергается термической обработке (800 – 900 гр.); MgSO₃  MgO + SO₂; оксид магния возвращается на абсорбцию, SO₂ перерабатывается в серную кислоту или в серу. Фосфатный метод – абсорбция SO₂ водным раствором фосфата натрия. Кислотно-каталитический – применение разбавленной H₂SO₃ в качестве катализаторов. Озоно-каталитический.

Радиционно-каталитический - использование органических сорбентов.

Очистка от газов и оксидов азота. Проблема – низкая химическая активность и растворимость оксидов азота. Для абсорбции используют воду, растворы щелочей, кислоты и окислители. Абсорбция водой: в газовую фазы выделяется часть менее опасного оксида азота, скорость окисления которого мала: 3NO₂ + H₂O  2HNO₃ + NO + Q; Утилизация оксидов: NO + H₂O₂  NO₂ + H₂O; 3NO₂ + H₂O  2HNO₃ + NO; N₂O₃ + H₂O₂  N₂O₄ + H₂O; H₂O₄ + H₂O  HNO₃ + HNO₂; Абсорбция щелочами: Реакции хемосорбции: N₂O₃ + NaCO₃ = 2NaNO₂ + CO₂ + Q; N₂O₃ + Ca(OH) ₂ = Ca(NO₂) ₂ + H₂O; 2NO₂ + Na₂CO₃ = 2NaNO₂ + H₂O; Селективные абсорбенты.

Для очистки газов при отсутствии кислорода используют растворы FeSO₄, FeCl₂, Na₂SO₃, Na₂S₂O₃. Протекают следующие реакции: FeCl₂ + NO  Fe(NO)Cl₂; FeSO₄ + NO  Fe(NO)SO₄; Применение растворов восстановителей: 2Na₂S₂O₃ + 6NO = 3Na₂SO₄ + 2SO₂; Очистка газов от сероводорода. Газы содержащие H₂S – коррозийно-активны. Мышьяково-щелочные методы. Применяют водный раствор кальцинированной соды и мышьяка, содержащий 10 – 18 г/л мышьяковистого ангидрида As₂O₃ в виде Na₃AsO₄, Na₂HasO₃…образование поглотительного раствора: 2NaHAsO₃ + 5H₂S  Na₄As₂S₅ + 6H₂O; Na₄As₂S₅ + O₂ < Na₄As₂S₅O₂; Ba₄As₂S₅O₂ + H₂S = Na₄As₂S(6)O + H₂O; Na₄As₂S(6)O + H₂S = Na₄As₂S₇ + H₂O; Степень очистки 96 – 97%. Абсорбция этаноламинами. Для извлечения H₂S используют моно- и триэтаноламины. Процесс поглощения: 2(OH-CH₂-CH₂-NH₂) + H₂S = OH-CH₂-CH₂-NH₃ + S; OH-CH₂-CH₂-NH₃\S + H₂S = OH-CH₂-CH₂-NH₃; OH-CH₂-CH₂-NH₃ = 2(OH-CH₂-CH₂-NH₃-HS); При 25-40 гр. Направление реакции поглощения слева направо, с повышением температуры до 105 гр. – обратное направление с удалением из раствора H₂S и CO₂. Фосфатный метод. Для поглощения H₂S используется 40-50% растворы фосфата калия: K₃PO₄; K₃PO₄ + H₂S  KHS + K₂HPO₄. Из растворов сероводород удаляется кипячением.

92. Адсорбционных методов очистки газов.

Адсорбционные методы очистки основаны на поглощении примесей твердыми телами с развитой поверхностью, адсорбентами. Поглощаемые молекулы удерживаются на поверхности твердых тел силами Ван-дер-Ваальса (физическая адсорбция) или химическими силами( хемосорбция).

Стадии адсорбции:

- перенос молекул газа к внешней поверхности твердого тела;

– проникновение молекул газа в поры твердого тела;

– собственно адсорбция.

Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляют из адсорбентов с помощью десорбции инертным газом или паром. Преимущество: высокая степень очистки. Недостатки: «чистые» (сухие и без пыли) газы, небольшая скорость.

Адсорбенты – материалы высокоразвитой внутренней поверхностью(природные и синтетические) : активированные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты, иониты.

Активированные угли – гидрофобны. Для адсорбции газов и паров используют микропористые гранулированные активированные угли.

Силикагели – гидратированные аморфные кремнеземы (SiO₂*nH₂O), являющиеся реакционно-способными соединениями переменного состава, превращения которых идет по механизму полконденсации. Зазоры м/у частицами образуют пористую структуру силикагеля. Получают путем осаждения аморфного кремнезема из силикатно-щелочных металлов. Служат для поглощения полярных веществ.

Алюмогели (Al₂O₃*nH₂O где 0<n<6) – получают прокаливанием различных гидроксидов алюминия. Используют для улавливания полярных органических соединений и осушки газов.

Цеолиты - алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Характеризуются регулярной структурой пор, соизмеримых с размерами молекул. Общая химическая формула: Me(2/n)C*Al₂O₃*xSi₂*yH₂O, где Me катион металла, n – его валентность. Получают синтетически и добывают при разработки месторождений. Обладают наибольшей адсорбцией по парам полярных соединений и веществ с кратными связями в молекулах.

Иониты - высокомолекулярные соединения с развитой поверхностью.

93. Каталитические методы очистки газов

Связанны с химическим превращением токсичных компонентов в нетоксичные в присутствии катализаторов. Аппараты – реакторы различной конструкции. Используются для очистки от: оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей. Оксид азота восстанавливается газом – восстановителем(CO, CH₄…) в присутствии катализаторов. В качестве катализаторов используют различные металлы, которыми покрывают огнеупорные материалы (носители). Часто применяют палладиевый катализатор, нанесенный на оксид алюминия. Температура 400 470 гр. Реакции: 4NO + CH₄ = CO₂ + 2H₂O + 2N₂; 2NO₂ + CH₄ = CO₂ + 2H₂O + N₂; 2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O; 2NO₂ + 4H₂ = N₂ + 4H₂O; 2NO + PCO  N₂ + 2CO₂ ; 2NO₂ + 4CO  N₂ + 4CO₂. Очистка от оксида углерода является наиболее рациональной. Процесс гидрирования оксида углерода на никелевых и железных катализаторах проводят при высоких давлениях и повышенных температурах: --- CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O; CO₂ + 4H₂ = CH₄ + 2H₂O; ½O₂ + H₂ = H₂O. Очистка от диоксида серы – основана на принципе окисления SO₂ и SO₃ контактным методом. Используют метод очистки с получением сульфата аммония, который можно использовать как удобрение. SO₂ окисляют до SO₃ в присутствии V₂O₅ при 450 –480 гр. Затем при температуре 220-260 гр. Вводят газообразный аммиак. Полученные кристаллы сульфата аммония отделяют в циклонах и электрофильтрах. Каталитическая очистка газов от органических веществ. В качестве катализаторов используют Cu, Cr, Co, Mn, Ni … в отдельных случаях бокситы, цеолиты. Катализаторы условно делятся на: - цельнометаллические ( металлы платиновой группы или неблагородные металлы, нанесенные на ленты, сетки, спирали из нержавеющей стали) – смешанные ( металлы платиновой группы или оксиды неблагородных металлов, нанесенные на оксид алюминия, нержавеющую сталь ) – керамические ( -=-, нанесенные на керамическую основу в виде сот или решеток) – насыпные ( гранулы или таблетки из оксида алюминия с нанесенными на него металлами платиновой группы или оксидами неблагородных металлов, зерна оксидов небл. Мет.) Преимуществом обладают катализатор, нанесенные на мет носители. Они более термостабильны, прочны, с легкой регенерацией. Очистка газов от серо-органических соединений заключается в их окислении при повышенных температурах. Каталитическое окисление производят кислородом, образованием кислородных соединений серы. В качестве катализаторов процессов гидрирования серо-органических соединений водородом используют контактные массы на основе оксидов Fe, Co, Ni, Cu, Zn. При гидрировании водяным паром используют катализаторы, содержащие в качестве компонента оксид железа.