Шпоры по экологии4 / 08 shpora A4

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.

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|;

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.

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.