Лекция 3. Прикладные аспекты экологии. Охрана окружающей природной среды

25. Природные ресурсы и их классификация.

Природные ресурсы – это запасы природных богатств, используемых человеком, т.е. средства существования людей, которые не созданы их трудом, но находятся в природе.

Ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы бывают возобновимыми, относительно возобновимыми и невозобновимыми.

Неисчерпаемыми являются космические, климатические, водные и воздушные ресурсы (но качественно – изменяются). Космические ресурсы – солнечная радиация, энергия приливов и отливов; климатические – атмосферный воздух, энергия ветра, атмосферные осадки; водные – запасы воды на Земле.

Исчерпаемые ресурсы делятся на классы, в зависимости от возможности их восстановления и от скорости восстановления. Восстанавливаются ресурсы с разной скоростью: животные – несколько лет, леса – 60-80 лет, почва – тысячелетия. Возобновимые ресурсы – расти-тельный, животный мир, некоторые минеральные ресурсы (например, соли). Но темпы расходов должны соответствовать темпам их возобнов-ления, иначе ресурсы становятся невозобновимыми. Относительно возобновимые – почва – рыхлый поверхностный слой суши, способный давать урожай, создается очень медленно при участии климата и живых организмов). Сантиметровый слой почвы образуется несколько столетий, а разрушается за несколько лет или даже дней. Невозобновимые – совершенно не восстанавливаются или восстанавливаются значительно медленнее, чем потребляются (полезные ископаемые).

Кроме того, ресурсы можно классифицировать на заменимые (уголь, дрова для отопления) и незаменимые (кислород для дыхания).

Охрана природных ресурсов состоит в бережном рациональном использовании, меньшем потреблении, поиске заменителей.

26. Принципы рационального природопользования. Безотходные технологии.

При переходе от биосферы к ноосфере важным этапом является разработка и внедрение в жизнь принципов рационального природо-пользования. Человеку необходимо научиться так регулировать свою хозяйственную деятельность, чтобы удовлетворение его потребностей не шло вразрез с интересами окружающей среды. Следует рационально организовать систему управления природопользованием.

Существует две основные задачи, стоящие перед современными производителями, а именно: 1) сократить добычу и вовлечение в производство новых ресурсов; ввести строгий учет ресурсов + создание ресурсо- и энергосберегающих технологий); 2) с максимальной выгодой сократить количество отходов (создание безотходных технологий).

1) Первая задача состоит в уменьшении потребления природных ресурсов. На решение первой задачи направлена разработанная в нашей стране система кадастров, являющаяся основной формой учета управления природопользованием. Кадастр – это совокупность данных о качествен-ном и количественном состоянии природных ресурсов с их эколого-социально-экономической оценкой. Т.е. в кадастре сведены все данные о количестве и местонахождении природных ресурсов, их качестве, дана оценка экологического состояния объектов и определены параметры потребления. В настоящее время действуют следующие основные кадастры: земельный, лесной, водный, запасов полезных ископаемых и др. Система кадастров предназначена для согласования показателей учета и потребления различных природных ресурсов. Система кадастров позволит разумно регулировать потребление ресурсов с учетом их строгой экономии. С целью экономии природных ресурсов в промышленные процессы внедряются ресурсо- и энергосберегающие технологии. Ресурсосберегающие технологии – это технологии с минимальным расходом материалов и энергии на всех этапах производства. Кроме экономии вещества, необходимо экономить энергоресурсы. Для этого в производстве необходимо выбирать наименее энергоемкие техноло-гические схемы, в быту – применять технику с низкой энергоемкостью, а также повышать теплоизоляцию зданий, что позволит сократить затраты энергии на обогрев жилья.

2) Вторая задача – уменьшение количества отходов. В настоящее вре-мя лишь 2–5 % сырьевых материалов переходит в продукцию, а 95–98 % превращается в отходы. Человечество в основном работает на произ-водство отходов, при этом происходит интенсивное загрязнение окружа-ющей среды. Полное использование отходов возможно путем создания безотходных технологий – замкнутых технологических процессов. Осно-вой безотходных производств является цикличность вещественно-энергетических потоков. Все сырье вовлечено в следующий цикл: сырьевые ресурсы  производство  потребление  вторичные ресурсы. Такая схема напоминает малый круговорот веществ.

Безотходные производства должны быть организованы таким образом, чтобы отходы не образовывались. Для этого следует разделить технологические процессы на две части: производящую основную продукцию и преобразующую отходы, причем между этими частями необходимо устойчивое равновесие. При этом образующиеся неперерабатываемые остатки должны расщепляться на элементы, которые могут быть возвращены в окружающую среду без нарушения биогеохимических круговоротов.

Безотходные технологии являются определенной идеальной системой, к которой следует стремиться. Создание полностью безотходных производств – длительный процесс, требующий решения многих задач. Сначала требуется перейти к малоотходным технологиям (современные малоотходные  безотходные).

Под малоотходным понимается такой способ производства, когда вредное воздействие на окружающую среду не превышает допустимого уровня, и только небольшая часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на нейтрализацию и длительное хранение. При создании малоотходных производств важное место отводится системе обезвреживания и хранения отходов. Для создания безотходных и малоотходных производств требуется объединить существующие мелкие предприятия в крупные производственные комплексы, где отходы одних производств служат сырьем для других.

Переход на безотходные технологии предполагает решение энергетических проблем. Наиболее рациональный путь для этого – переход к альтернативной энергетике. Традиционные источники энергии – уголь, нефть, газ – представляют собой невозобновляемое сырье. При этом вокруг существуют возобновляемые энергетические ресурсы. Основными альтернативными источниками энергии являются:

– гелиоэнергетика – основана на использовании энергии Солнца. На Землю падает огромное количество солнечной энергии, в 15 тыс. раз превышающее ежегодное мировое потребление энергии. Основными установками получения солнечной энергии являются гелиоэлектростанции для производства тепла и электроэнергии, солнечные батареи и элементы для производства электроэнергии, солнечные коллекторы для теплоснабжения зданий. Но солнечную энергию сложно запасать и передавать на большие расстояния без потерь;

– ветровая энергетика – ветер заключает в себе механическую энергию, которая может быть использована на ветроэлектрических станциях для выработки электроэнергии. Такие станции являются рентабельными в районах с постоянными ветрами. В настоящее время большое количество ветровых установок работает в США, Дании, Голландии, Германии. Но этот вид энергии порождает некоторые проблемы: создает ультразвуковое излучение, телевизионные помехи, отрицательно влияет на птиц;

– гидроэнергетика – основана на энергии волн приливов и отливов, океанских течений. Для этого строятся приливные и ветровые электростанции;

– геотермальная энергия – может быть использована в областях современного вулканизма, где горячие подземные воды поднимаются к поверхности и выходят в виде термальных источников. При этом строятся следующие установки: геотермальные электростанции, геотермальные установки (использующие энергию подземных вод), тепловые насосы;

– биоэнергетика – основана на использовании биологического сырья: биогаза, образующегося при разложении растительных и животных отходов без доступа воздуха, мусоросжигающих установок и т.д. Образующийся газ может быть использован в домах для обогрева и приготовления пищи.

27. Загрязнение окружающей среды. Классификация загрязнений.

Загрязнение – это внесение в среду новых, не характерных для нее агентов или превышение естественного уровня этих агентов в среде (Пр.: 1– пестициды, 2 – превышение уровня CO₂).

Загрязнения делятся на природные (вызванные естественными процессами – космическая пыль, продукты выветривания горных пород, вулканизация, жизнедеятельность растений, животных, выброс нефти из подводных месторождений) и антропогенные (возникающие в результате деятельности людей – бытовые и промышленные отходы, пылевые, выхлопы автомобилей, промышленные выбросы, радиоактивные загрязнения).

По типу загрязнителей антропогенные загрязнители делятся на следующие группы:

– механические – агенты, оказывающие лишь механическое воздейст-вие без физико-химических последствий;

– химические – изменение естественных химических свойств среды. Загрязнители могут быть разрушающимися в ходе биологических процессов (вовлекающиеся в естественный круговорот – NO₂, CO₂) и неразрушающимися (невовлекающимися – пестициды (ДДТ), моющие средства). Наиболее опасны вторые, т.к. способны накапливаться в среде обитания. Многие загрязнения (стойкие ядовитые вещества) могут передаваться по трофическим цепям, а также накапливаться в организмах животных. Так, содержание яда ДДТ в телах хищных и рыбоядных птиц в 500 тыс. раз превышало содержание его в воде или почве. Особенно сильно загрязнения концентрируются в телах хищных рыб, птиц и животных;

– биологические – большое количество микроорганизмов – вирусов, простейших;

– физические: тепловые (повышение температуры среды, разогрев атмосферы вблизи теплотрасс, промышленных предприятий), шумовые (увеличение интенсивности шума), световые (нарушение естественной освещенности местности, приводящее к аномалиям в жизни животных), электромагнитные (изменение электромагнитных свойств среды вблизи линий электропередач, электроподстанций, радио- и телепередающих станций, приводящее к аномалиям в геофизических и биологических объектах; электромагнитное загрязнение возникает и при использовании микроволновых печей, радиотелефонов, компьютеров) и радиоактивные (превышение естественного уровня радиоактивных веществ). В среднем за последние 50 лет каждый из нас подвергался облучению от радио-активных осадков, которые образовались в результате испытания ядерного оружия в атмосфере. Продукты ядерного деления поступают в организм, участвуют в обмене веществ, заменяют стабильные элементы. Радио-активные частицы выпадают с осадками на землю, а когда и где они выпадут, определить невозможно, радиоактивное облако может обойти Землю за две недели).

Цена загрязнения (экономический ущерб от них) слагается из трех основных компонентов: 1) потеря ресурсов в результате образования большого количества отходов («загрязнение – это ресурсы, оказавшиеся не на своем месте»); 2) стоимость ликвидации загрязнения и контроля над ними; 3) цена здоровья людей (увеличение заболеваемости и смертности населения).

28. Регламентация загрязнения.

Поскольку полностью предотвратить выбросы человек пока не может, то введена система ограничения выбросов. При небольших концентрациях все загрязнители становятся практически безвредными веществами. Основными показателями для каждого загрязнителя является предельно допустимая концентрация (ПДК) – максимальная концентрация вещества, при которых еще не происходит нарушения деятельности человеческого организма.

ПДК устанавливаются на основе стандартизованных исследований и являются законом, общим для всех.

С точки зрения экологии ПДК – это верхний предел лимитирующих факторов среды (концентрация химического вещества), при которой содержание их не выходит за допустимые границы экологической ниши человека. Т.е. для загрязнителей нижний предел толерантности значения не имеет, а верхний не должен превышать ПДК ни при каких условиях.

Чем ниже ПДК, тем вреднее вещество (Пр.: ПДК_СО2(c/c/)=3,0мг/м³; SO₂=0,05 мг/м³; бензапирен=0,00001 мг/м³).

ПДК зависит от продолжительности воздействия, поэтому, в зависимости от времени воздействия, различают ПДК максимально разовые и среднесуточные. Максимально разовые – действующие в течение 30 минут, среднесуточные – в течение 24 часов (ПДК_м.р и ПДК_с.с)_. Так, ПДК_{SО2(м.р//)}=0,5мг/м³ ПДК_SО2(c/c/)=0,05мг/м³. Все концентрации в воздухе рабочей зоны сопоставляются только с максимально разовыми, а в атмосферном воздухе населенного пункта – со среднесуточными. ПДК_р.з (т.е. максимально разовое ПДК рабочей зоны) больше, чем максимально разовое ПДК жилой застройки.

Для физических загрязнений существует показатель ПДУ – предельно допустимый уровень.

Если в воздухе присутствует не одно вещество, а несколько, оказывающих сходное воздействие, то происходит суммирование вредного воздействия – эффект суммации. Эффект суммации – многократное увеличение вредного воздействия различных веществ при их совместном присутствии. Нормами предусмотрен расчет эффекта суммации вредного воздействия для многих соединений. Расчет производится на основе ПДК этих соединений.

Так, если действует одно вещество с концентрацией в воздухе С₁ и с ПДК ПДК_1, то требование к его содержанию выглядит так: С₁/ ПДК₁  1.

Если же действует несколько вредных веществ, то требования жестче:

С₁ / ПДК₁ + С₂ / ПДК₂ +...+ С_n / ПДК_n  1.

Регламентация (ограничение) выбросов вредных веществ в атмосферу осуществляется на основе установления ПДВ.

ПДВ – это норматив, определяющий предельно допустимую концент-рацию загрязняющего вещества в воздухе над источником выброса.

ПДВ устанавливают для каждого источника загрязнения атмосферы. При этом предельные выбросы подбирают так, чтобы приземная концентрация вредных веществ не превышала ПДК, т.е. ПДВ устанавливают с учетом ПДК.

Размерность ПДВ – грамм в секунду (г/с).

Существуют формулы для установления ПДВ в зависимости от ПДК.

Регламентация выбросов в гидросферу.

Основное нормативное требование к качеству воды в водных объектах – это соблюдение установленных ПДК вредных веществ в водном объекте.

Аналогом ПДВ в этом случае является ПДС – предельно допустимый сброс сточных вод – норма для каждого источника выбросов.

29. Экологический мониторинг.

Для перехода биосферы в ноосферу необходимо исключить все отрицательные последствия природопользования и исправить те, что уже имели место.

Для эффективного управления качеством природной среды организована система экологического мониторинга. Экологический мониторинг – система наблюдений за состоянием окружающей среды и прогнозирование изменений этого состояния. Является международным термином, впервые появившимся на Стокгольмской конференции 1972 г. как дополнение к понятию «контроль за состоянием окружающей среды».

Перед экологическим мониторингом стоят следующие основные задачи:

1. наблюдение за состоянием биосферы для предотвращения ухудшения качества окружающей среды;

2. прогноз изменений в окружающей среде и связанных с этим экологических последствий;

3. выявление факторов и источников антропогенных воздействий на окружающую среду.

Уровни экологического мониторинга:

а) глобальный (биосферный) мониторинг – решение задач плане-тарного порядка, образующих систему глобального моделирования (СГМ), осуществляемый на основе международного сотрудничества. Базой СГМ является космическая и вычислительная техника;

б) национальный мониторинг – организуемый в пределах государства специально созданными органами;

в) региональный мониторинг – действующий в пределах отдельных крупных районов, интенсивно осваиваемых народным хозяйством;

г) локальный мониторинг – учитывающий изменение качества среды в пределах населенных пунктов, промышленных центров, непо-средственно на предприятиях.

Рассмотрим схему мониторинга Российской Федерации. Важную роль играет формирование Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ).

ЕГСЭМ является источником объективной информации об окружающей среде и включает федеральный, региональный и локальный уровни.

Для осуществления мониторинга функции распределяются между различными органами власти:

Госкомэкология – координация деятельности всех организаций в области окружающей среды;

Росгидромет – мониторинг атмосферы;

Роскомзем – мониторинг земель;

Министерство природных ресурсов – мониторинг недр;

Рослесхоз – мониторинг лесов;

Госкомсанэпиднадзор – мониторинг воздействия окружающей среды на здоровье человека;

Госгортехнадзор – координация мониторинга геологической среды; Минобороны – мониторинг окружающей среды на военных объектах, обеспечение ЕГСЭМ средствами и системами военной техники двойного применения.

Государственная служба наблюдения (ГСН) за загрязнением окружающей природной среды включает абиотические факторы и обеспечивает ЕГСЭМ данными о состоянии и уровнях загрязнения атмосферного воздуха, водяных объектов, почв, геологической среды и о происходящих в них изменениях. Кроме того, ГСН обеспечивает все органы ЕГСЭМ оперативной фактической и прогностической информацией обо всех изменениях в области окружающей среды для предотвращения чрезвычайных ситуаций. Только с появлением ГИС реализуется возможность целостного взгляда на проблемы окружающей среды и экологии. Технология ГИС позволяет собрать воедино и проанализировать различную малосвязанную информацию об объекте. ГИС становится основным элементом в системе мониторинга.

ГСН  ЕГСЭМ  Госкомэкология: Росгидромет, Роскомзем, МПР, Рослесхоз.

30. Информационные методы управления окружающей средой.

Социально - Экологический мониторинг

- экологические

информационные

мероприятия: Картографирование

1) экологическое

образование; Кадастры

2) просвещение

и воспитание; Геоинформационные системы

3) пропаганда

и реклама Моделирование

Прогнозирование

Рис. 4. Схема управления окружающей средой

В систему управления должны входить следующие основные процедуры:

1) Мониторинг – исследование объекта наблюдений, формирование массива данных для экологического картографирования, ГИС, модели-рования и прогноза.

2) Экологические карты отражают взаимосвязь организмов, в том числе человека, и природной среды. Различают: аналитические карты, содержащие конкретную информацию о видах и степени воздействия на природную среду; типологические – схемы районирования территорий по напряженности экологических обстановок. Так, Институтом географии РАН разработана карта "Экологическая ситуация на территории России". Вся карта разбита на участки, в зависимости от уровня напряженности экологической обстановки. По карте установлено, что на территории России площади с высокой экологической напряженностью занимают 34 %, а с благоприятной экологией – всего 17 %.

3) Оценка состояния объекта наблюдений (система кадастров).

4) Обработка полученной информации (ГИС – географические информационные системы); ГИС – это компьютерно-картографические системы обработки информации, включающие средства сбора, переработки, хранения и представления картографической информации в области природопользования.

5) Составление информационных моделей (моделирование).

Модель – это физическое или знаковое подобие реального объекта, явления или процесса.

Для организации рационального природопользования нужны модели взаимодействия человеческого общества и окружающей среды для того, чтобы предвидеть последствия антропогенного воздействия. При моделировании важно теоретическое обоснование аналогии между моделью и реальным явлением и возможности переносить на действительные процессы результаты, полученные на моделях. Одно из главных требований, предъявляемых к моделям, – их подобие модели-руемой системе.

Проблемой экологического моделирования является недостаточное качество информации. Большинство данных плохого качества, с искажениями, содержат ошибки (так называемые «некорректные данные»). Работать с такими данными можно только при использовании специальных математических методов обработки информации.

Методологической основой исследования природных систем является принцип многомерного планирования и проведения экспериментов и наблюдений, обеспечивающих реализацию системного подхода в экологии. Системный подход позволяет оценить недостатки данных и выявить точные источники загрязнения.

6) прогнозирование изменения состояния объекта.

Задача экологического прогнозирования состоит в разработке прогнозирующих моделей и оценке достоверности прогнозов.

Целью экологического прогнозирования может быть предсказание состояния экосистемы и ее функционирования во времени.

Методы прогнозирования экосистем:

– качественные – основываются на логическом анализе объектов, используя установленные общие закономерности;

– количественные – заключаются в математическом анализе постро-енных моделей сложных систем.

31. Государственная экологическая экспертиза; лицензирование при-родопользования. Сертификация. Экологический паспорт предприятия.

Экологическая экспертиза (ЭЭ) проводится обычно специальными исполнительными органами (Росприроднадзором, различными ведомствами) и определяется как проверка соответствия намечаемой хозяйственной деятельности экологическим требованиям. ЭЭ включает предварительную оценку (исследование и прогноз) воздействия на окружающую среду и контрольную проверку соответствия материалов и документов экологическим требованиям. В 1995 г. был принят Федеральный закон "Об экологической экспертизе в России". Основными принципами экологической экспертизы являются:

– обязательность проведения экспертизы;

– презумпция потенциальной экологической опасности любой намечаемой деятельности;

– комплексность оценки воздействующих факторов;

– достоверность, полнота информации, участие общественных организаций.

Основным рычагом управления качеством природной среды является лицензирование природопользования, т.е. выдача лицензий – разрешений компетентного государственного органа на осуществление определенной природопользовательской или природоохранной деятельности. Деятельность может быть одновременной или повторяемой оговоренное количество раз в течение оговоренного в лицензии времени лицензии. Экологические лицензии выдаются на следующие виды деятельности:

– утилизация или захоронение отходов;

– выброс отдельных видов загрязняющих веществ в окружающую среду;

– проведение экологической паспортизации, сертификации;

– выпуск продукции определенного рода;

– осуществление видов деятельности, связанных с работами природоохранного назначения (отстрел дичи, отлов рыбы и т.д.).

В случае, если владелец лицензии допускает какие-либо нарушения или ничего не делает, чтобы устранить их, действие лицензии может быть прекращено досрочно. Экологическая лицензия выполняется только после проведения экологической экспертизы.

Существует еще такое понятие, как экологическая сертификация – это проверка и документальное подтверждение соответствия техноло-гических процессов, материалов, услуг необходимым требованиям. Сертификация представляет потребителю гарантию в том, что при-обретенное им изделие (технологический процесс, услуга) отвечает требованиям нормативных документов.

Цель сертификации – предотвратить возможные отрицательные последствия применения товаров и услуг, не соответствующих экологи-ческим требованиям.

Сертификацию осуществляют специальные органы власти в резуль-тате специальной экспертизы. В результате экспертизы выдается экологи-ческий сертификат соответствия – документ, удостоверяющий, что серти-фицируемый объект соответствует предъявляемым экологическим требованиям.

Документом, комплексно характеризующим состояние природо-охранных работ на транспорте, является экологический паспорт, т.е. нормативно-технический документ, отражающий уровень использования предприятием природных ресурсов и его воздействия на окружающую среду. ГОСТ на экологический паспорт вошел в силу в 1990 г. В эко-логическом паспорте должны быть отражены следующие сведения: характеристика используемых ресурсов (количественная и качественная), характеристика выбросов загрязнителей, рекомендации по улучшению экологической ситуации. Любое предприятие в стране должно иметь экологический паспорт, что позволяет осуществлять экологический мониторинг, т.е. контролировать и прогнозировать ситуацию на самом предприятии и вокруг него. В настоящее время осуществляется паспортизация сельскохозяйственных объектов.

Паспорт разрабатывается на основе анализа и обобщения результатов деятельности организации и включает в себя следующие разделы:

1. общие сведения о предприятии и его реквизиты (основной вид деятельности, производства-загрязнители, источники выделения загрязнений и точки их контроля);

2. краткая природно-климатическая характеристика района расположения предприятия, сведения об использовании земельных ресурсов;

3. характеристика используемого сырья и материалов, их расход;

4. характеристика выбросов в атмосферу, водопотребления, отходов;

5. сведения о транспорте (количество, общий пробег, удельные и годовые выбросы);

6. сведения об эколого-экономической деятельности предприятия (ограничения на использование природных ресурсов, выбросы загрязнителей, нормативы и размеры экологических платежей, налоговые льготы за внедрение "чистых" технологий и т.д.).

В экологический паспорт помещают карту – схему предприятия с указанием источников загрязнения атмосферы, водных объектов, места складирования отходов.

32. Экологические правонарушения делятся на две группы – проступки и преступления. Экологические проступки совершают работ-ники предприятий при невыполнении природоохранных мероприятий. К ним применяют меры дисциплинарной ответственности (лишение премий или даже увольнение).

К административной ответственности привлекают за экологические правонарушения (невыполнение обязательств по проведению экологи-ческой экспертизы, нарушение экологических требований при проекти-ровании, строительстве, сверхнормативное загрязнение окружающей среды, порча и уничтожение природных экосистем и т.д.). Главная мера – штраф.

При значительном ущербе на виновных возлагается гражданская ответственность, которая обязывает возместить нанесенный ущерб.

Уголовная ответственность предусмотрена за экологические пре-ступления, касающиеся нарушения экологической безопасности общества и причинения вреда окружающей среде и здоровью человека. В дейст-вующем УК РФ предусмотрено 13 составов экологических преступлений: загрязнение водоемов и воздуха, повреждение лесных массивов, незаконное занятие рыбным промыслом и охотой, уничтожение памятников природы и т.д.