127

конспект лекций по курсу

"Основы общей экологии "

для студентов II - IV курсов спец. 7.091611

/Сост. В.М. Набивач. - Днепропетровск: УГХТУ, 1998. - 127 с.

Составитель: В.М. Набивач, доктор хим. наук.

Учебное издание

Конспект лекций по курсу

"Основы общей экологии"

для студентов специальности 7.091611

"Промышленная экология и охрана окружающей среды"

Редактор Тонкошкур Л.М. Корректор Гоцуцова Л.Я.

Подписано к печати 20.07.98.

Формат 60x84 1/16. Бумага типогр. № 2. Печать офсетная. Усл. печ. л. 5,2.

Уч.-изд. л. 4,98. Тираж 100 экз. Заказ №. Бесплатно.

УГХТУ

320640, Днепропетровск, 5, пр. Гагарина, 8

Предисловие

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов специальности 7.091611 "Промышленная экология и охрана окружающей среды", однако может быть использовано и студентами других специальностей, изучающими вопросы промышленной экологии и охраны окружающей среды. Современное производство и природопользование немыслимо без экологической оптимизации, и владеть определенной суммой знаний об устройстве и функционировании природы обязан сейчас каждый специалист, не будучи профессиональным экологом.

Курс "Основы общей экологии" преследует цели как методологического, так и специального характера. Современный инженер должен иметь достаточно ясное понимание сложных вопросов взаимодействия человеческого общества и окружающей среды. Здесь особенно важно способствовать выработке у будущего специалиста правильного научного взгляда на экологические проблемы вообще и на роль химической промышленности и неизбежной химизации народного хозяйства в этих проблемах - в частности. Взаимодействие природы и общества - совокупность тесно связанных между собой химических, физических, энергетических, информационных и других процессов. В данном учебном пособии это взаимодействие рассматривается преимущественно с позиций химии. Поэтому один из разделов пособия назван "Химия окружающей среды". Большая часть содержания остальных разделов также рассматривается сквозь призму химических наук.

Решение конкретных задач охраны окружающей среды немыслимо без знания законов существования и развития природы: в противном случае все наши усилия направляются на борьбу с последствиями, а не с причиной, породившей конфликт человека и природы. Поэтому изложение материала в пособии начинается с рассмотрения основ экологии: действие экологических факторов на организмы, динамика численности популяции, концепция экологической системы. Экосистема рассматривается как определенный уровень организации живой материи, как ее основная функциональная единица.

Рассмотрены виды антропогенного загрязнения окружающей среды и его последствия (в том числе в условиях Украины), вопросы нормирования и регламентации поступления вредных химических соединений в атмосферу, почву и воду.

Учебное издание может быть использовано для подготовки бакалавров, инженеров и магистров по охране окружающей среды.

Население Земли в 2012 году- N= 7*10 ⁹ человек.

Радиус Земли - R= 6340 км.

S = 4𝜋R² = 4*3,14* (6340)² = 4*3,14* 4.10⁷ = 5,04*10⁸ км²

S_I= S/N=5,04*10⁸ км²/7*10⁹ = 0,072 км²

1 км² = 100 га

S_I= 7.2 га

S_{I полезное} = S_I /3/3/3=7,2/27=0,266 га

Введение

По-гречески - «экос» - «дом», «логос» - «наука». Экология – наука о доме, о месте жительства. Это наука о доме, для всех – для бактерии и мыши для журавля и червяка, для бабочки и сосны , для ландыша и человека.

Дом этот - вся Земля.

Примерно сто пятьдесят лет назад экология возникла как раздел биологии.

Именно биологи были первыми, кто стал изучать взаимосвязи между живыми существами и той средой, где они обитают.

Да и само слово «экология» придумал один из великих натуралистов XIX века. – немецкий биолог Эрнст Геккель.

С тех пор все больше ученых занимались исследованием живых существ в их взаимосвязях между собой и с окружающим миром.

Удалось открыть, а потом и четко сформулировать экологические принципы.

А зная правила и законы существования природы, можно их разумно использовать на благо человека.

Например, развивая промышленность, можно обеспечить людей всем необходимым, но вместе с тем и сохранить окружающую нас природную среду, помогая ей нести ту тяжелую ношу, имя которой – человечество.

Но каким образом законы экологии работают внутри живой природы и каковы взаимоотношения человека с природой?

Что можно и нужно, а чего нельзя и опасно делать в нашем большом доме под названием Земля?

Это и есть предмет изучения науки «экология».

С одной стороны, экология – наука простая по замыслу и методам. С другой стороны она сложная, так как раскрывает взаимосвязи между множеством находящихся в постоянном движении и развитии живых существ и средой их обитания.

Экология – предполагает наличие гармонии, которую не всегда можно проверить алгеброй.

Но в любом случае экологический анализ базируется на четырех фундаментальных принципах. В афористичной форме их сформулировал американский эколог Барри Комонер в 1966 году. Эти принципы таковы:

-Все связано со всем ;

- все должно куда-то деваться;

-ничто не дается даром;

-природа знает лучше.

Современная экология давно перестала быть собственно биологической наукой.

В экологии удалось раскрыть законы, которые относятся не только к живой природе, но и к связям биологических, физических, химических объектов и процессов в них, с человеком и обществом.

Эту особенность с подачи экологов в конце прошлого века осознали и многие государственные деятели, когда в 1970 г. состоялась первая всемирная конференция под эгидой ООН в Стокгольме по проблемам окружающей среды.

С тех пор экология приобрела еще и политическое значение. Она стала частью мировой политики.

Раскрывая связи между предметами и явлениями живой и неживой природы, между природой и человеком, экология позволяет обнаружить истинные причины позитивных и негативных изменений происходящих на нашей планете.

Например, первые синтетические пестициды и гербициды были синтезированы в сороковых годах прошлого века. Но уже к началу 70-х гг. прошлого века выяснились очень неприятные последствия их применения в борьбе с сорняками и вредителями в сельском хозяйстве.

Ученые шаг за шагом пришли к выводу, что распространение пестицидов приносит гораздо большую выгоду химическим компаниям-производителям этой продукции, чем сельскому хозяйству!

Итак, одной из серьезнейших проблем современного общества является проблема экологическая.

Она возникла из-за негативного воздействия человека на природу при лавинообразном росте численности населения Земли.

Ее отправной точкой считается научно- техническая революция ХХ века и связанные с ней масштабы производственной деятельности, приведшие к возрастанию демографической нагрузки на биосферу.

Непрерывное развитие промышленного производства и связанное с ним растущее использование природных ресурсов влияют на круговорот веществ в природе и на уровень ее антропогенного загрязнения, то есть на загрязнение среды нашего обитания, происходящего в результате нашей хозяйственной деятельности.

В современных условиях энергетические мощности в мире удваиваются каждые 12 лет, а объем промышленной продукции - каждые 15 лет.

В настоящее время человечество эксплуатирует более 55% поверхности земной суши и использует более 13 % стока речных вод.

Из недр земли человечество ежегодно извлекает до 100 млрд. т руды.

При этом ежегодно человечество

сжигает до 7 млрд. тонн условного топлива,

выплавляет более 800 млн. тонн различных металлов и

производит более 500 млн. тонн минеральных удобрений.

Ежегодный объем отходов нашей жизнедеятельности также громаден и составляет:

более 2 млрд. т аэрозолей и газов (без углекислоты),

более 700 млрд. т сточных вод.

более 20 млрд. т твердых отходов, включая бытовые отходы.

В виде загрязнений в биосферу ежегодно возвращается до 50 % произведенных металлов, до 30% выпущенной химической продукции, до 67 % теплоты от ископаемого топлива.

В настоящее время человечеством используется свыше 500 тыс. химических соединений и ежегодно к ним прибавляется еще 1 - 2 тыс. новых.

Из этого числа примерно 40 тыс. химических соединений обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. являются сильно токсичными.

Одним из глобальных отрицательных последствий научно-технической революции явилось насыщение биосферы тяжелыми металлами.

За всю историю Человечеством выплавлено 20 млрд. тонн железа.

Его количество в сооружениях, машинах, транспортном оборудовании и т.д. сейчас составляет около 6 млрд. т, а остальное количество в виде продуктов коррозии рассеяно по планете.

Ежегодно за счет коррозии Человечество теряет до 25 % производимой стали.

Другие вещества рассеиваются в еще большей степени. Так, рассеивание ртути и свинца достигает 80-90 % их годового производства.

При сжигании угля в пространство нашего обитания некоторых элементов поступает больше, чем специально добывается из недр Земли.

В частности, молибдена поступает в 3 раза больше.

Мышьяка ‑ в 7раз больше.

Урана и титана ‑ в 10 раз больше.

Алюминия, йода и кобальта ‑ в 15 раз больше.

Ртути ‑ в 50 раз больше.

Ванадия, стронция и циркония ‑ в сотни раз больше,

а германия ‑ в тысячи раз.

Эти элементы осаждаются и накапливаются в почве и в водоемах, концентрируются в растениях и животных. Они также попадают в организм человека с продуктами питания, питьевой водой и воздухом.

Среди загрязнений атмосферного воздуха, особое беспокойство вызывает диоксид серы. Это одно из вреднейших промышленных загрязняющих веществ.

В настоящее время техногенные выбросы серы в атмосферу превышают в 7 раз ее естественный приток за счет извержения вулканов, разложения серных вод и других природных процессов.

Общий объем этих выбросов достигает 190 млн. т в год.

Размах индустриализации напрямую связан с ростом населения Земли.

В начале XX века на нашей планете проживало около

1,5 Млрд. Человек,

В 1970 году нас было уже 3,6 млрд. человек,

В 2000 году численность населения Земли составила 6

млрд. человек.

В 2010 году она превысила 6,8 млрд. человек

А в начале 2012 года достигла 7 миллиардов человек.

Увеличивается и количество крупных городов.

В 1900 году на Земле было 10 городов с населением свыше 1 млн.

чел.,

в начале 80-х годов их насчитывалось 209,

а сейчас - более четырехсот.

По сравнению с ростом населения, потребление энергии и материалов происходит опережающими темпами.

Человечество, стремясь создавать блага, и получать их как можно дешевле и быстрее, все еще пренебрегает интересами природной среды, в которой оно обитает.

Пока масштабы таких пренебрежений были малы - они не сказывались на условиях его обитания.

Но вдруг наступает момент, когда оказывается, что вода, воздух и почва настолько загрязнены, что и проживание человека становится проблематичным.

Человечество в своем развитии уже подошло к состоянию, когда необходимо принимать согласованные решения по охране среды его обитания.

Проблема выживания и сохранения биосферы начинает решаться путем компромиссов и поисков оптимальных путей взаимодействия всего Человечества с его хозяйственной деятельностью и Природы в которой он существует.

Эти пути и компромиссы раскрывает наука экология.

Современное производство и природопользование немыслимо без экологической оптимизации, и владеть определенной суммой знаний об устройстве и функционировании природы обязан сейчас каждый специалист, не будучи профессиональным экологом.

Поэтому по курсу “Экология” вам надо будет усвоить следующий материал:

1.Предмет и задачи экологии.

1.1. Классификация подразделений экологии.

1.2.Задачи экологии.

1.3.Экология и инженерная охрана природы.

2.Основные положения экологии.

2.1.Основы учения о биосфере.

2.2.Жизнь как термодинамический процесс.

2.3.Экологические факторы и их действие.

2.3.1.Абиотические факторы.

2.3.2.Биотические факторы.

2.3.3.Закон лимитирующего фактора.

2.4.Адаптация живых организмов к экологическим факторам.

2.5.Экологическая система, понятие и определение.

2.5.1.Синтез первичного органического вещества.

2.5.2.Трофические цепи и уровни.

2.5.3.Энергетика и продуктивность биогеоценоза.

2.6..Динамические процессы в экосистемах.

2.6.1.Популяция, ее динамика, численность и количественная оценка.

3.Химия окружающей среды.

3.1.Круговорот веществ в биосфере.

3.1.1.Круговорот углерода.

3.1.2.Круговорот азота.

3.1.3.Круговорот фосфора.

3.1.4.Круговорот кислорода.

3.1.5.Круговорот серы.

3.2.Ресурсный цикл как антропогенный круговорот вещества.

4.Классификация загрязнений окружающей среды.

4.1.Загрязнение атмосферы.

4.1.1.Структура и состав атмосферы.

4.1.2.Источники загрязнения атмосферы.

4.1.3.Перенос загрязнений в атмосфере.

4.1.4.Химические превращения веществ в атмосфере.

4.1.5.Состояние атмосферы Украины.

4.1.6. Последствия загрязнения атмосферы.

4.2.Антропогенные воздействия на гидросферу.

4.2.1.Запасы воды.

4.2.2.Потребление воды.

4.2.3.Источники загрязнения водных систем.

4.2.4.Состояние водных систем Украины.

4.3.Загрязнение литосферы.

4.3.1.Эрозия почвы.

4.3.2.Состояние лесных массивов.

4.3.3.Добыча полезных ископаемых.

4.3.4.Загрязнение почвы тяжелыми металлами.

4.3.5.Загрязнение минеральными удобрениями и пестицидами.

4.3.6.Загрязнение радиоактивными и бытовыми отходами.

4.3.7.Состояние земельных ресурсов Украины.

5.Контроль и управление качеством окружающей среды.

5.1.Токсикология и нормирование вредных веществ.

5.2.Регламентация загрязняющих веществ в окружающей среде.

5.2.1.Загрязнение воздуха рабочих помещений и окружающих

территорий.

5.2.2. Контроль и управление качеством водных объектов.

5.2.3.Контроль за содержанием загрязняющих веществ в почве.

5.3.Эффект суммации и его учет при нормировании загрязнений.

6.Экологический мониторинг.