Практична робота №6.
Тема: Літосфера. Основні джерела забруднення літосфери.
Мета: Ознайомитись із головними типами забруднень літосфери та з'ясувати причинами цих забруднень.
Теоретична частина.
Літосфера — оболонка «твердої» поверхні Землі. «Тверда» оболонка Землі має три складові: земну кору, мантію та ядро. Земна кора і верхня мантія — тверді тіла, зовнішня частина ядра має властивості рідини, а внутрішня — твердого тіла (рис. 10).
Рис. 10. Внутрішня будова Землі
Земна кора — тонка зовнішня оболонка Землі (середня потужність 32 км; 5 % об’єму Землі). Найтоншою є океанічна земна кора (від 4 до 10 км), а найпотужнішою — материкова (від 13 до 90 км). Граніти й інші гірські породи, що входять до складу материкової кори, містять хімічні елементи Силіцій і Алюміній, тому її іноді називають «сіаль». У складі океанічної кори переважають Силіцій і Магній, тому її називають «сима». Є й перехідні типи земної кори.
Близько третини земної поверхні становить суходіл, який складається із шести материків (Євразії, Африки, Північної та Південної Америк, Австралії і Антарктиди), островів і архіпелагів (груп островів). В основному суходіл розташований у Північній півкулі. Взаємне розташування материків змінювалося протягом геологічної історії Землі. Приблизно 200 млн років тому материки були розташовані переважно в Південній півкулі й утворювали гігантський континент Гондвану.
Висота поверхні земної кори істотно різниться: найвища точка на Землі — гора Джомолунґма (Еверест) у Гімалаях (8848 м над рівнем моря), а найнижча — западина Челленджер у Маріанскому жолобі поблизу Філіппінських островів (11 022 м нижче рівня моря). Тобто перепад висот поверхні земної кори — близько 20 км. У цілому гірські країни з висотами понад 820 м над рівнем моря займають приблизно 17 % поверхні Землі, а інша територія суходолу — 12 %. Близько 58 % земної поверхні припадає на глибоководні (3—5 км) океанічні басейни, а 13 % — на досить мілководний континентальний шельф і перехідні області.
Земна кора переважно складається з твердих гірських порід. Виключення становлять привулканічні зони, де існують вогнища розплавлених порід (магма), що виливається на поверхню Землі у вигляді лави. У цілому породи земної кори приблизно на 75 % складаються з кисню і кремнію і на 13 % — з алюмінію і заліза. Сполуки цих та інших речовин утворюють мінерали, що входять до складу гірських порід. Деякі мінерали земної кори мають господарське значення: вуглець (алмази і графіт), сірка, руди золота, срібла, заліза, міді, свинцю, цинку, алюмінію тощо.
Мантія — оболонка Землі, яка розташована під земною корою й простягається вглиб до 2900 км. Мантія поділяється на верхню (потужністю понад 900 км) і нижню (потужністю понад 1900 км) і складається зі щільних зеленувато-чорних залізо-магнієвих порід. У поверхневих шарах вони приблизно вдвічі твердіші за граніт, а на великих глибинах стають пластичними й повільно течуть.
Завдяки розпаду радіоактивних елементів (особливо ізотопів Калію й Урану) мантія поступово нагрівається знизу. Іноді в процесі горотворення блоки земної кори занурюються в речовину мантії, де вони плавляться, а потім під час вулканічних вивержень разом із лавою виносяться на поверхню.
Ядро Землі поділяється на зовнішнє і внутрішнє. Зовнішнє ядро починається приблизно на глибині 2900 км і має потужність 2100 км. Вважають, що зовнішнє ядро складається з розплавленого заліза, що має густину від 8 до 10 г/см3. Внутрішнє ядро, радіусом близько 1350 км, має властивості твердого тіла. Очевидно, воно складається з елементів, що мають дуже високу щільність,— Феруму і Нікелю.
Джерела забруднення літосфери поділяються на антропогенні та природні. До природних джерел забруднення відносяться: пил вулканічного, рослинного та космічного походження, а також пил що виникає у результатів вітрової ерозії грунтів, димів, попелу, саж та газів, виверження вулканів і лісових та степових пожеж. Природні джерела забруднення практично не впливають на життя людей і мають короткочасний стихійний характер. Під впливом природних процесів відбувається руйнування природних ландшафтів, зменшується видове багатство на певних територія.
До антропогенних чинників забруднення відносяться: транспорт, сільське господарство, хімічна та важка промисловості.
Транспорт. При роботі двигунів внутрішнього згоряння інтенсивно виділяються оксиди азоту, свинець, вуглеводні, оксид вуглецю, сажа та інші речовини, які осідають на поверхню землі або поглинаються рослинами. В останньому випадку ці речовини також потрапляють в грунт і залучаються до кругообігу, пов'язаний з харчовими ланцюгами.
Сільське господарство. Забруднення грунту в сільському господарстві відбувається внаслідок внесення величезних кількостей мінеральних добрив і отрутохімікатів. Відомо, що у складі деяких отрутохімікатів міститься ртуть.
Забруднення літосфери при похованні радіоактивних відходів.
У процесі ядерної реакції на атомних електростанціях лише 0,5-1,5% ядерного палива перетворюється на теплову енергію, а інша частина (98,5-99,5%) вивантажується з атомних реакторів у вигляді відходів. Ці відходи є радіоактивні продукти розщеплення урану - плутоній, цезій, стронцій та інші. Якщо враховувати, що завантаження ядерного палива в реакторі складає 180 т, то утилізація та захоронення відпрацьованого ядерного палива представляють собою проблему, яку доволі важко вирішити.
Щорічно в світі при виробництві електроенергії на атомних електростанціях утворюється близько 200000 куб. м. радіоактивних відходів з низьким і проміжної активністю і 10000 куб. м. високоактивних відходів та відпрацьованого ядерного палива.
Радіоактивні відходи бувають рідкими і твердими. У залежності від агрегатного стану змінюються умови їх поховання.
Високоактивні рідкі радіоактивні відходи, здатні до вибуху, у вигляді азотнокислих водних розчинів зберігають в апаратах об'ємом до декількох кубометрів з подвійними стінками з неіржавіючої сталі і з мішалкою.
Рідкі високоактивні радіоактивні відходи, не здатні до вибуху зберігаються в могильниках, які складаються із шахт і приміщень для зберігання.
В даний час одним з безпечних способів усунення небезпеки радіоактивного випромінювання твердих ядерних відходів є їх захоронення. Тверді радіоактивні відходи ховають у спеціальних контейнерах у підземних штольнях, тунелях. До них пред'являються особливі вимоги при транспортуванні до місця поховання.
Утилізація твердих відходів у більшості випадків приведе до необхідності або їх поділу на компоненти з наступною переробкою сепарованих матеріалів різними методами, або додавання їх визначеного виду, що забезпечує саму можливість утилізації ВМР.. Механічна утилізація полягає у дробленні, здрібнюванні, класифікація та сортування.
Дроблення — інтенсивність та ефективність більшості хімічних та дифузійних і біохімічних процесів зростає зі зменшенням розмірів матків матеріалів, що мають поряд з операціями їхньої класифікації та сортування важливе самостійне значення в технології рекуперації та твердих відходів. Метод дроблення використовують для одержання з великих шматків матеріалів, які переробляються продуктів величиною переважно 5 мм. Дроблення широко використовують при переробці відходів розкриття та відкритих розробках корисних копалин, відвальних шлаків металургійних підприємств. Як основні технологічні показники дроблення розглядають ступінь і енергоємність дроблення.
Ступінь дроблення виражає відношення розмірів шматків які підлягають дробленню та шматків роздробленого матеріалу. Для дроблення більшості видів твердих відходів використовують щекові, конусні, валкові, та роторні дробарки різих типів. Для подрібнення дуже великих елементів використовують копрові механізми, механічні ножиці, дискові пилки, стрічко-пильні верстати.
Здрівбнювання -використовують при необхідності одержання з кускових відходів зернових та дрібно-дисперсних фракцій розміром менше 5 мм. Використовують припереробці відвалів, твердих будівельних матеріалів, деяких видів зміщаного брухту чорних та кольорових металів, паливних металургійних лаків. Найбіль розповсюдженими агрегатами при переробці даного типу відходів є стрижневі, кульові та ножові млини, хоча у деяких випадках застосовують і інші механізми.
Класифікація та сортування — дані процеси використовують для розділення твердих відходів за грубістю. Вони включають методи просіювання кускіі матеріалів, що не переробляються і їх розділення під впливом гравітаційних — інерційних та гравітаційних — центробіжних сил. Ці методи широко застосовувалися як самостійні та допоміжні при безпосередній утилізації та переробці більшості твердих відходів. У випадах коли класифікація має самостійне значення, тобто має на меті одержання тієї або іншої фракції матеріалу як готового продукту, її часто називають сортуванням. Просівання являє собою процес поділу на класи різних за розмірами шматків матеріалу при його переміщенні на сотових поверхнях. Як поверхні використовують колосникові решітки, штамповані сита, дротяні сітки і щілиноподібні сита, які виконані з різних металів, гуми, полімерних матеріалів та характеризуються перфорацією з отворами різної форми та розмірами. При просіванні використовують нерухомі колосникові, валкові, барабанні, обертові, дугові, ударні, плоскі, які гойдаються.
Механо-термічна переробка твердих відходів включає у себе наступні методи: гранулювання, грудкування та брекетування.
Гранулювання використовуються при переробці будівельних матеріалів, відходів від виробництва ТЕС. Чи не найважливішим завданням даного способу подрібнення твердих відходів є їхнє укріплення та збереження у відповідному стані а в подальшому ймовірно повторне використання.
Гранулювання порошкових матеріалів найчастіше проводять у ротаційних та вібраційних грануляторах різних конструкцій.
Завдання:
Дайте загальну характеристику оболонок Землі.
Охарактеризуйте причини та механізми забруднення літосфери.
Опишіть принципи утилізації твердих відходів.
Визначте основні принципи очищення літосфери.
Зробіть висновки про наслідки забруднення літосфери.