- •Г л а в а 1. Основные характеристики биосферы
- •1.1.Иерархическая структура биосферы
- •1.3. Вещественный состав среды обитания
- •1.4. Химические элементы в организмах
- •Общие закономерности химической дифференциации живого вещества в биосфере
- •1.5. Биосфера как сложная адаптивная система
- •1.5.1 Особенности термодинамической системы биосфера
- •1.5.2. Принцип Ле-Шателье - Брауна
- •Г л а в а 2. Организация живой материи
- •2.1. Упрощенная схема организации живой материи
- •2.2. Основные типы организмов
- •Автотрофы
- •Гетеротрофы
- •Анаэробы
- •Фенотип вида
- •2.3. Популяция
- •2.4. Экосистема
- •2.4.1. Экосистемная организация жизни
- •2.4.2. Размеры и биоразнообразие экосистем
- •2.4.3. Поведение экосистем
- •2.4.4. Важнейшие принципы строения биосферы
- •2.5. Факторы, определяющие состав и структуру экосистем
- •2.5.1. Энергетические факторы
- •Правило одного процента
- •Правило десяти процентов или закон пирамиды энергий р.Линдемана
- •Доля энергии, поступающей из биосферы в литосферу
- •2.5.2. Абиотические факторы
- •2.5.3. Биотические факторы
- •2.6. Действие экологических факторов на экосистемы
- •2.6.1. Показатели состояния экосистемы
- •2.6.2. Экологические риски
- •Вероятность неблагоприятного воздействия
- •Вероятность поражения объектов
- •Оценка экологического риска
- •2.6.3. Балльные оценки
- •Примерная шкала оценки состояния экосистемы
- •Г л а в а 3. Биогеохимические циклы
- •3.1. Общая характеристика циклов экосистем
- •Сопряжение биогеохимического цикла углерода с циклами других биогенов
- •3.2. Цикл углерода
- •Геологический кругооборот углерода
- •Накопление углерода в осадочных породах и процессы рифтогенеза
- •Биогеохимический цикл углерода
- •Антропогенное воздействие на круговорот углерода и его последствия
- •3.3. Биогеохимический цикл кислорода
- •Его расхода на окислительные процессы за неогей (1,6 млрд лет)
- •3.4. Биогеохимический цикл азота
- •3.5. Биогеохимический цикл фосфора
- •3.6. Биогеохимический цикл серы
- •3.7. Биогеохимический цикл железа
- •Г л а в а 4. Возникновение и эволюция жизни на Земле
- •4.1. Химическая эволюция
- •4.2. Сценарий образования и эволюции жизни на Земле
- •4.3. Закономерности эволюции биоты
- •Примеры наиболее ярких кризисов.
- •5.4. Эволюция человека
- •Г л а в а 5. Коэволюция биосферы и геосферных оболочек
- •Планета Земля
- •5.1. Начальный этап развития Земли (4,6‑4,0 млрд лет назад)
- •5.2. Особенности геологической истории
- •5.2.1. Докембрийский период
- •Ранний архей. Возникновение протоконтинентальной коры (4,0‑3,15 млрд лет)
- •Поздний архей. Формирование континентальной коры (3,15 – 2,50 млрд лет)
- •Ранний протерозой. Распад Пангеи (2,5‑1,7 млрд лет)
- •Нижний и средний рифей. Восстановление единства Пангеи (1,7—1,0 млрд лет)
- •Поздний протерозой. Раскол суперматерика Пангея (1,00 – 0,57 млрд лет)
- •Связь массовых вымираний с процессами рифтогенеза
- •Древнейшие экосистемы
- •5.2.2. Фанерозой
- •Палеозойская эра
- •Мезозойская эра
- •Кайнозойская эра
- •Г л а в а 6. Последствия антропогенного влияния на геосферы
- •6.1. Глобальные последствия загрязнения атмосферы
- •6.1.1 Санитарно-гигиеническая оценка качества атмосферного воздуха
- •Характеристики уровня загрязнения атмосферы
- •Критерии суммарного загрязнения атмосферы
- •6.1.2. Кислотные дожди
- •Источники поступления оксидов серы
- •Источники поступления оксидов азота
- •Механизм образования кислотных осадков
- •Воздействие кислотных дождей на экосистемы и людей
- •Меры по защите окружающей среды от кислотных дождей
- •Кислотообразующие выбросы мегаполисов
- •6.1.3. Озоновые дыры
- •Механизмы разрушения озонового слоя
- •Особенности формирования озоновых дыр в полярных областях
- •6.1.4. Изменение климата
- •Факторы, определяющие климат Земли
- •Особенности орбитального движения Земли
- •Солнечная энергия
- •Вулканы
- •Природные факторы, влияющие на климат Земли
- •Система ветров
- •Морские течения
- •Тектоника плит
- •Парниковый эффект и аэрозоли
- •Основные тенденции изменения климата в истории Земли
- •Общая характеристика последствий изменений климата
- •Факторы изменения климата, не связанные с антропогенным влиянием
- •Международная политика и глобальное потепление
- •6.2. Загрязнение гидросферы
- •6.2.1. Санитарно-гигиенические критерии оценки качества вод
- •6.2.2. Загрязнение морей нефтью и нефтепродуктами
- •Состав нефтепродуктов и их поведение в водоемах
- •Индексы чувствительности побережья к нефтяному загрязнению
- •Охрана морей и океанов
- •6.2.3.Загрязнение внутренних водоемов при добыче нефти
- •Характеристика источников воздействия на окружающую среду
- •Анализ состояния водотоков бассейна реки Ватинский Ёган
- •Динамика загрязнения нефтепродуктами и хлоридами
- •Р ис. 35. Результаты мониторинга р. Ватинский Ёган
- •6.2.3 Загрязнение внутренних водоемов
- •Эвтрофикация и механизм ее воздействия на экосистемы водоемов
- •Оценка степени эвтрофикации
- •Предупреждение эвтрофикации
- •Примеры решения проблем реабилитации внутренних водоемов
- •Великие озёра Северной Америки
- •Экологические проблемы Ладожского озера
- •6.3. Антропогенное влияние на литосферу
- •6.3.1. Химическое и биологическое загрязнение почв и грунтов
- •Санитарно-гигиеническая оценка опасности химического загрязнения почв
- •Общая характеристика опасности химического загрязнения
- •Тяжелые металлы
- •Пестициды.
- •Природный геохимический фон – биогеохимические провинции
- •6.3.2. Экологические проблемы городов
- •Поступление веществ в город
- •Состояние воздушного бассейна
- •Загрязнение водного бассейна
- •Твердые и концентрированные отходы
- •Биогеохимические процессы на полигонах тбо и их использование
- •Полигон тбо, как источник метана
- •6.3.3. Техногенное изменение литосферы в городах (на примере Москвы)
- •Геологическая среда территории Москвы
- •На территории Москвы Влияние хозяйственной деятельности на гидрогеологические условия
- •6.3.4. Воздействие на окружающую среду разработки месторождений полезных ископаемых
- •Эколого-геологические условия и ресурсы района оз. Баскунчак
- •Экологические неблагоприятные процессы, обусловленные добычей солей и гипса
- •И уровень соляного пласта (левая шкала, м абс. Отм.).
- •Рекомендации по рациональному освоению ресурсов
- •6.3.6. Радиационная безопасность
- •Характеристики величин и единиц в области ионизирующих излучений
- •Воздействие излучения на человека
- •Основные принципы нормирования дозовых нагрузок
- •Радиоактивность окружающей среды. Источники радиоактивного облучения
- •Месторождения полезных ископаемых, как источник радиоактивного загрязнения
- •Атомная энергетика и радиационная безопасность
- •Радиационная обстановка в районах ядерных взрывов и аварий
- •Облучение от источников, применяемых в медицине
- •Последствия ядерных аварий
- •Южно-Уральский след
- •Авария на Чернобыльской атомной электростанции
- •Результаты радиационно-гигиенической паспортизации опасных объектов
6.1.2. Кислотные дожди
Понятие «кислотные дожди» относят ко всем видам осадков (дождь, снег и т.п.), pH которых меньше среднего значения для дождевой воды pH = 5,6. Термин ввел английский ученый Р. Смит (1887 г.) в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии».
Главные кислотообразующие выбросы:
диоксид серы SO2 (сернистый ангидрид или сернистый газ);
оксиды азота NxOy (оксид – NO и диоксид – NO2 азота).
Кислотность раствора – Q(H+) характеризуется концентрацией водородных ионов H+ в моль/л или г/л. Щелочность раствора –Q(H–) определяется концентрацией гидроксильных ионов OH–. Произведение молярных концентраций Q(H+) и Q(H–) величина постоянная и равна 10-14. На практике используют более удобный показатель pH = –lg(Q(H+)). Раствор является нейтральным, если концентрация водородных и гидроксильных ионов одинакова, т.е. Q(H+) = Q(H–) =10-7 моль/л или pH = 7. Шкала кислотности идет от pH = 0 (кислота) через pH = 7 (нейтральная среда) до pH = 14 (щелочь).
«Чистый» дождь имеет слегка кислую реакцию, поскольку содержащийся в воздухе диоксид углерода вступает в химическую реакцию с водой и образует угольную кислоту. Рекордные уровни кислотности могут достигать pH = 2,4.
Источники поступления оксидов серы
Естественная фоновая концентрация SO2 достаточно стабильна. Для России она составляет 0,39 мкг/м3 в Арктике и 1,28 мкг/м3 в средних широтах. В мировой практике за ПДК принята величина 15 мкг/м3.
Природные источники поступления SO2. Ими являются биота, океаны, вулканы и лесные пожары.
На долю биоты приходится около 30-40 млн т/год. Поступление связано с окислением сероводорода, который продуцируют микроорганизмы, восстанавливая сульфаты или разлагая органическое вещество.
Эмиссия океана оценивается в 50-200 млн т/год. Она обусловлена испарением капель воды, поступающих в атмосферу с поверхности океана. Оставшаяся после испарения морская соль содержит сульфаты и серу. Попадает в верхние слои атмосферы и рассеивается над сушей только небольшая часть этой серы. Эмиссия океана влияет, прежде всего, на формирование облачности и осадки.
Во время извержений вулканов в атмосферу поступает двуокись серы, сероводород, сульфаты и элементарная сера. Общая сумма выбросов достигает около 2 млн т/год.
Антропогенное поступление SO2 оценивается в 60–100 млн т/год. Его источниками являются: сжигание топлива (около 40%); переработка руд, содержащих серу (около 50%); химические предприятия (7-8%).
Источники поступления оксидов азота
Естественная концентрация оксидов азота для России составляет 0,08 мкг/м3 в Арктике и 1,23 мкг/м3 в средних широтах. ПДК для оксидов азота – 40 мкг/м3.
Природные поступления достигают 30‑50 млн т/год. Они вызваны почвенными бактериями (около 8 млн т/год), лесными пожарами (до 12 млн т/год) и электрическими разрядами (до 8 млн т/год).
Антропогенные источники близки к природным. Основными являются энергетические предприятия и транспорт. Наиболее опасное соединение – NO2 первоначально составляет 10% выбросов оксидов азота, но постепенно и другие оксиды превращаются в NO2.
Механизм образования кислотных осадков
Оксиды серы и азота после химических реакций образуют кислоты.
Основная масса диоксида серы (сернистый ангидрит) во влажном воздухе превращается в полигидрат SO2·nH2O, а затем окисляется до серной кислоты
2H2SO3 + O2·= 2H2SO4.
Другой путь – образование серной кислоты после фотохимического окисления сернистого ангидрита
2SO2·+ O2 = 2SO3 и далее SO3·+ H2O = H2SO4.
Процесс образования азотистой и азотной кислот можно записать следующим образом
2NO2·+ 2H2O = H2NO3 + H2NO2.
Аэрозоли кислот конденсируют пары воды и становятся причиной кислотных осадков.
В балансе образования кислотных дождей следует учитывать нейтрализацию аммиака, важнейшими источниками которого являются рисовые поля, крупный рогатый скот и таяние гидрата метана, который содержится в многолетней мерзлоте. Возможные реакции нейтрализации кислот таковы:
2NH3 + H2SO4·= (NH4)2SO4 и NH3 + HNO3·= NH4NO3.
Существуют два вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются мониторингом атмосферы.
Один связан с хлором и метаном. Хлор поступает в атмосферу с выбросами химических предприятий, при сжигании отходов и т.д. Взаимодействие радикалов хлора с метаном ведет, в конечном счете, к образованию соляной кислоты.
Более опасны выбросы фтороводорода, которые могут происходить при производстве алюминия и стекла. Он хорошо растворяется в капельках воды и дает в итоге аэрозоли плавиковой кислоты.
В Западной Европе и Северной Америке средняя кислотность осадков составляет 4,5-5. Туманы имеют нередко кислотность 2,5-3. Площадь территорий, на которых выпадают эти осадки, достигает 10 млн км2. В России критические нагрузки отмечаются в промышленных областях: Ленинградской, Московской и др.
Особенность кислотных дождей – трансграничный перенос загрязнения на сотни и даже тысячи километров. Почти все страны являются одновременно «экспортерами» и «импортерами» выбросов. В подкисление природной среды России основной вклад приходится на Украину, Польшу и Германию. Россия оказывает негативное влияние на природу стран Скандинавии. Соотношения здесь такие: с Украиной – 1:17, Польшей 1:32, Норвегией 7:1.