
- •§ 1.1 История развития экологии
- •§ 1.2 Место экологии среди других наук
- •§ 1.3 Основные термины и понятия экологии
- •Тема № 2 Основы учения о биосфере. Концепция ноосферы
- •§ 2.1 Основы учения о биосфере
- •§ 2.2 Концепция ноосферы
- •Тема № 3 Кругооборот веществ, превращение энергии и информации в биосфере
- •§ 3.1 Основные положения
- •§ 3.2. Круговорот веществ
- •§ 3.2 Превращение энергии
- •§ 3.3 Информация в биосфере
- •Тема № 4. Экологические системы
- •§ 4.1. Биогеоценоз в.М. Сукачева
- •§ 4.2 Экосистема а. Тенсли
- •§ 4.3 Трофические цепи и уровни
- •Функция продуцентов – производство органического вещества, накапливаемого в тканях продуцентов.
- •§ 4.4 Энергетика и продуктивность биогеоценоза
- •Закон Линдемана
- •§ 5.1 Основные понятия и термины
- •§ 5.4 Территориальная структура популяции
- •§ 5.5 Динамика популяций
- •§ 6.1 Классификация экологических факторов
- •§ 6.2 Абиотические факторы
- •§ 6.3 Биотические факторы
- •Тема 7 Антропогенный фактор в природе. Основные проблемы экологии
- •§ 7.1 Антропогенный фактор в природе
- •§ 7.3 Глобальные проблемы экологии
- •6.Перспективные направления и мероприятия по преодолению кризиса
- •§ 10.5 Воздушные ресурсы
- •§ 11.1 Топливо-энергетический комплекс
- •§ 11.2 Экологическое влияние энергетики
- •§ 12.1 Основные понятия и определения
- •§ 12.2 Виды и уровни мониторинга
- •Система наземного мониторинга окружающей среды
- •Тема № 13 Атмосфера и ее охрана
- •§ 13.1 Атмосфера Земли
- •§ 13.2 Источники загрязнения атмосферы
- •Выхлопы автотранспорта
- •Загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами
- •§ 13.3 Последствия заражения атмосферного воздуха
- •Вредное действие
- •§ 13.4 Методы борьбы с загрязнением атмосферы
- •Проблемные вопросы охраны атмосферы воздуха
- •§ 13.5 Состояние воздушного бассейна Украины
- •Тема № 14 Гидросфера и ее охрана
- •§ 14.1 Водные ресурсы планеты
- •Запасы воды на Земле
- •§ 14.2 Источники загрязнения водных систем
- •Загрязняющие вещества:
- •Источники загрязнения подземных вод:
- •§ 14.3 Охрана водных ресурсов
- •Внедрение технологий: маловодных, безводных и с замкнутым водооборотном;
- •§ 14. 4 Состояние водных систем Украины
- •Тема № 15 Литосфера и ее охрана
- •§ 15.1 Литосфера и ее роль
- •§ 15.2 Почва, ее состав и основные свойства
- •§ 15.4 Деградация почв
- •§ 15.5 Охрана земной поверхности
- •§ 15.6 Состояние земельных ресурсов Украины
- •§ 15.7 Охрана и рациональное использование недр
- •Тема № 16 Правовые аспекты охраны окружающей среды
- •§ 16.1 Правовые аспекты охраны окружающей среды
- •§ 16.2 Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды
§ 10.5 Воздушные ресурсы
Атмосферный воздух является источником кислорода для дыхания и технологических процессов, углекислого газа для фотосинтеза он защищает живые существа от вредных космических излучений, регулирует климат, переносит воздушные пары по планете.
Воздух – среда обитания для летающих форм организмов, он влияет на плодородие почвы, служит источником химического сырья и энергии, принимает на себя газообразные и пылевые отходы промышленности и т.д.
Тема № 11 Производство энергии – проблемы и пути решения
§ 11.1 Топливо-энергетический комплекс
Основой развития современного общества является энергетика. От состояния топливно-энергетического комплекса (ТЭК) зависят темпы научно-технического прогресса (НТП), интенсивность производства и жизненный уровень населения.
Влияние на биосферу ТЭК:
Возобновляемые источники энергии постоянно участвуют в биосфере и их использование не приводит к изменению теплового баланса Земли;
Использование невозобновляемых источников приводит к дополнительному нагреву окружающей среды, помимо загрязнения вредными веществами.
По подсчетам ученых запасы энергетических ресурсов оцениваются следующим образом (см. табл. 11.1).
Таблица 11.1
Мировые запасы энергетического сырья, Q
Запасы |
Уголь |
Нефть |
Природный газ |
Уран |
Дейтерий |
Разведенные |
17,7 |
3 |
2 |
3,7 |
- |
Общие |
266,0 |
16..20 |
10 |
4,5 |
19,0 |
Примечание: 1Q = ТУТ, 1ТУТ – 1 тонна условного топлива и равна 1 т каменного угля, 2,5 т бурого угля, 0,7 т нефти, и 770-850 м3 газа. Теплота сгорания 1 ТУТ составляет 29430 кДж/кг.
Мировые запасы делят на разведанные и геологические, которые рассчитаны с низком уровнем вероятности.
По прогнозам ученных, при сохранении современного темпа использования минерального топлива, запасы его будут исчерпаны через 130 лет. Сжигание минерального сырья и особенного нефти является нерациональным методом получения энергии (около 70% вырабатывают ТЭС).
§ 11.2 Экологическое влияние энергетики
Экологическое влияние ТЭС
Производство электроэнергии на ТЭС сопровождается выделением большого количества тепла, и поэтому такие электростанции строятся вблизи городов для их теплоснабжения.
КПД генераторов достигло своей границы (40%) и дальнейшее увеличение до 60% возможно только при применении магнитно-гидродинамических (МГД) генераторов. Но такие генераторы еще не нашли широкого применения из-за недостаточно полного изучения их метода работы. И все же, несмотря на недостатки ТЭС, 70% всей энергии вырабатывается с помощью сжигания топлива, а это в свою очередь приводит к значительному загрязнению окружающей среды.
Загрязнение атмосферы газообразными и пылевыми выбросами:
Углекислый газ (СО2), концентрация которого увеличивается на 0,25% год {увеличение СО2 в 2 раза приводит к увеличению температуры на 1,50С);
Оксиды серы и азота приводят к кислотным дождям;
Летучая зола, фтористые соединения, приводят к уменьшению концентрации озона.
Радиоактивное загрязнение
Угольные породы содержат природные изотопы следующих элементов: радий-210, торий-232, калий-40, и др. Но до этих изотопов животный и растительный мир приспособился. Более опасным является применение АЭС.
Тепловое загрязнение водоемов
При работе турбин, отработанный пар охлаждают водой. Поэтому от ТЭС непрерывно отходят потоки воды, нагретой до 8-12 0С и сбрасываемый в водоемы.
В результате подогрева воды происходит «цветение» воды, меняется физические свойства воды, ускоряется все химические и биологические процессы увеличивается РН
Загрязнение земной поверхности силикатами и золою
Шлак, сажа и зола загрязняют с/х земли и водоемы, вызывают коррозию деталей машин. Особенно опасно для здоровья людей частицы неполного сгорания топлива, в которых содержаться канцерогенные вещества.
Изъятие земли под карьеры и отвалы шлака
Открытый способ добычи угля является более рациональным с экономической точки зрения чем подземный. Поэтому карьеры занимают огромное пространство земли. Сотни гектаров земли занимают отвалы пустых пород угольных шахт, а также шлаков и золы о ТЄС.
2. Отчуждение земель под линии электропередач (ЛЭП)
Вокруг ЛЭП и другого электрооборудования возникает электромагнитное поле. Его напряженность тем больше, чем выше передаваемая с помощью ЛЭП напряжение (современный ЛЭП мощностью до млн. киловатт имеют напряжение 500 КВ.)
Длительное действие на организм человека или животного электромагнитного поля вызывает негативное последствие.
Электромагнитное поле вызывает колебание молекул в клетках организма, что приводит к выделению тепла, и в результате организм разогревается изнутри, что очень опасно.
Меры борьбы:
Санитарная зона под ЛЭП - 2-3 км. (1,5 млн. КВ), разработка новых способов передачи энергии на расстоянии.
3. Экологическое влияние АЭС
Этапы получения энергии с помощью АЭС (16% всей энергии)
Стадия добычи угля на урановых рудниках. Огромные отвалы пустых пород, которые обладают слабой радиоокативностью.
Обогащение урановых руд.
Использование топлива в ядерных реакторах.
Транспортировка
Обработка и захоронение радиоактивных отходов.
По подсчетам 1 блок АЭС работает 30-40 лет, а затем требует полной консервации. Причем затраты на закрытие АЭС сопоставимы с ее строительством.
4.Экологическое влияние ГЭС
С помощью ГЭС вырабатывается до 20% всех энергии в мире.
Преимущество ГЭС перед ТЭС:
совсем не засоряют воздух вредными веществами
ГЭС в энергосистеме более эффективно используется для снятие пиковых нагрузок
Улучшение судоходства
Недостатки:
строительство ГЭС на равнине приводит к затоплению большой территории (Днепровский каскад 7 тыс. км2 )
изменение уровня грунтовых вод, обвалы берегов, заболачивание территорий
изменение гидрологического режима рек, слабая самоочистка и водообмен, «цветение» вод
рыбы отрезаны от мест нереста, много рыб гибнет в лопастях турбин.
Методы борьбы:
Создаются мини ГЭС в которых генератор сконструирован вместе с турбиной (отпадает необходимость в плотине).
Мощность 100-500 Кватт достаточное для фермы, малого предприятия и т.д.
Установка на малых реках в труднодоступных местах (для подвода ЛЭП). Строительство ГЭС в горных районах.
6.4.Нетрадиционные виды энергии.
К альтернативным видам энергии относят в основном:
Энергию ветра, солнечную энергию и геотермальную.
Ученые оценивают запасы альтернативной энергии следующим образом.
Вид энергии |
Значения Q |
Ветер |
0,4 |
Морские волны |
0,03..0,08 |
Морские приливы |
0,08..0,2 |
Тепло океана |
0,08 |
Тепло земли |
0,2 |
Солнечная энергия |
2000 |
Энергия ветра
По расчетам ученых общий ветровой потенциал Земли в 30 раз превышает годовое потребление электроэнергии в мире.
Для нормальной работы ветровых двигателей необходимо чтобы скорость ветра была более 6-8 м/с в среднем за год. Устанавливается на побережье морей и океанов, степи, тундре, горах. В Украине возможна установка в Крыму, Карпатах, Южные степные зоны.
Во время работы ВЭС окружающая среда не подвергается загрязнению. Единственное отрицательное влияние – низкочастотный шум ветряков, а также случайная гибель птиц, которые случайно попадают в лопасти ветродвигателей.
В Украине первая ВЭС была построена в 1931 году вблизи Севастополя ее мощность 100 КВатт и обеспечила город на 10 лет. (Юрий Кондратк). В перспектива Крымский полуостров: можно установить 30 тыс. ВЭС на Арабатской стрелке общей мощностью 3 млн. Кватт экономически чистой энергии
Энергия морей и океанов.
Мировой океан содержит огромнейший энергетический потенциал:
Энергия солнца, накопленная океанской водой; энергия морских течений, волн, прибоя, разность температур.
Энергия притяжения Луны и Солнца – морские приливы и отливы
Первая электростанция, которая использовала энергию морских волн, была построена в 1970 в г. Берген (Норвегия) мощностью 350 КВатт и обеспечивала энергией 100 домов селения (принцип действия: в специальном буе – поплавке под действием волн колеблется уровень воды это приводит к сжатию воздуха, который двигает турбину, при этом метровая волна дает 30 КВатт энергии).
На разнице температур.
В тропической зоне разница температур составляет 220С.
В специальный теплообменник закачиваевается насосами холодная глубинная вода и нагретая солнцем вода. Рабочий агент (фреон) поочередно испаряется и переходит в жидкое состояние в разных частях теплообменника. Пар фреона двигает турбину генератора. Подобная установка работает на тихоокеанском острове Фауро и вырабатывает 100 Кватт энергии.
Разработаны и действуют электростанции которые используют энергию морских приливов. Строительство выгодно там, где прилив бывает самым сильным (залив Фанды 17 м, пролив Ла-Манш – 15 м. , Пенжинскайский залив Охотского моря –13 м. и.т. д.
В настоящее время работают несколько приливных станций: в устьи реки Роне на побережье Ла-Манша (Франция) мощностью 240 Кватт и Кислогубская в Кольском заливе (Россия) мощностью 400 КВатт.
Работа данных электростанций не загрязняет окружающую среду так как они только преобразуют энергию ветра и приливов в другую форму энергии.
Энергия подземного тепла
Как известно при увеличении глубины увеличивается температура 300С на 1 км. За оценками ученых в земной коре на глубине 7-10 км. Аккумулируется тепло общее количество которого в 5 тыс. раз больше теплоемкости всех видов ископаемого топлива. Теоретически 1 тепла, которое содержится в земной коре на глубине 5 км. хватило бы на 4 тыс. лет.
Лучше всего используется геотермальная энергия Исландии и Камчатки. Сорок лет Рейкьявик полностью отапливается подземным теплом. В Украине: Карпаты и Крым.
Недостатки – минерализованая оборотная вода.
Энергия Солнца.
Солнце является самым мощным источником экологически чистой энергии. На каждый квадратный метр поверхности земной атмосферы падает 1300 Ватт солнечной энергии. Но часть ее отражается в космос, часть рассеивается в атмосфере. Наибольшая интенсивность солнечной энергии на экваторе. До 2300 КВтч/м2 за год, для Украины (450 северной широты) примерно 190 КВтч на м2 При это 3,5% солнечной энергии может обеспечить человечество на неограниченное время. Существует несколько направлений использования солнечной энергии:
Получение электроэнергии
Бытовое тепло
Высокотемпературное тепло в промышленности
На транспорте
Методы
Непосредственное преобразование солнечных лучей в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических генераторов (солнечных батарей). Кремниевые батареи имеют КПД 18-20%, а селит-галиевые – до 23%. Сейчас американские ученые разрабатывают двухкаскадные генераторы с КПД до 40% (космические станции: 10КВт с площади 100м2) энергия солнечных батарей используется в ретрансляторах, навигационных маяках и т.д.
Создание крупных солнечных электростанций сдерживается их большой стоимостью, но в перспективе их стоимость будет снижаться, а себестоимость электроэнергии от ТЭС и АЭС увеличиваться.
Использование теплового действия солнечных лучей (паротурбины, термоионные и термоэлектрические генераторы.)
Экспериментальные станции возле Керчи (1200 КВт.). В центре окружности диаметром 500 метров установлена 70 м. башня с парогенератором на вершине. Башню окружают 1600 гелиостатов движущихся зеркал 5*5 м. отслеживая солнца (с помощью ЭВМ) гелиостаты нагревают воду в парогенераторе башни до температуры 300 0С. Пар двигает турбину с генератором.
Разработаны солнечные дома (США, Туркменистан, Узбекистан). Стены и крыши покрыты специальными коллекторами тепла (температура = 950С). Планируется установка в США до 2020 г. до 35% домов.
Солнечную энергию также можно использовать в транспорте. В 1982 г. автомобиль на солнечных батареях проехал Австралию с Запада на Восток и прошел расстояние около 4 тыс. км со скоростью 30 км/ч.
Биоэнергетические технологии.
Вокруг городов образуется огромное количество отходов, которые занимают тысячи гектаров земель и отравляют воду и воздух (техногенное месторождение).
Существует ряд технологий по переработки этих отходов в энергию:
Сжигание отходов в специальных заводах, получая тепло и электроэнергию, но этот метод сопровождается загрязнением атмосферы.
Биотехнологический метод – используют метанобактерии, которые активно развиваются в органических отходах и образуют биогаз – смесь метана (70%) и угарного газа (30%). Теплоемкость одного кубического метра газа соответствует 600-800 гр. антрацита. Причем тонна органических отходов дает 500 м3 газа. Например, одна корова может обеспечить электрическим освещением небольшое помещение в течении года (10 тыс. часов) за счет использования газа, добытого из его навоза. В Китае 8 млн. установок производящих 720 млн. м3 в год. Остатки брожения – удобрение, содержит азот, фосфор, калий и др. микроэлементы. [1]
Тема № 12. Основы мониторинга окружающей природной среды