Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Томский Государственный Университет Систем Управления

и Радиоэлектроники

Контрольная работа по «Экологии» Вариант №17

Выполнил студент:

.

Проверил:

_________________________

План выполнения контрольной работы:

1. Основные параметры популяции.

2. Основные загрязнители атмосферы.

3. Выполнить практические работы №1 и №3.

4. В пробе сточной воды сразу же после взятия количество кислорода составляло m₁=6.5 мг, а в плотно закрытой бутылке с той же пробой, хранящейся в темноте 5 суток, количество кислорода составляло m₂=6.0 мг. Первоначальная проба загрязненной воды, впоследствии разбавленной, имела объем V₁=10 мл. Рассчитать БПК и определить, будут ли в этой воде жить личинки ручейника и личинки поденок?

5. Что вы понимаете под техногенным загрязнением среды? Приведите примеры.

6. Какие факторы влияют на распределение пресной воды на планете?

7. Объясните экологическое влияние вырубки леса на процесс опустынивания.

8. Космогенные и первичные радионуклиды.

Основные параметры популяции.

Природные экосистемы представлены, как прави­ло, многовидовыми сообществами организмов. Они образуют как бы две иерархии: генетико-систематическую (вид, род, семейство, отряд и так далее вплоть до царств) и системно-функциональную (особь, группа, популя­ция, сообщество, экосистема, биосфера).

Организмы одного вида в природе всегда представлены не по отдельности, а определенными организованными совокупностями — популяциями. Популяция (от лат. populus — населе­ние) — это совокупность особей одного биологического вида, дли­тельное время населяющих определенное пространство, имеющих общий генофонд¹, возможность свободно скрещиваться и в той или иной степени изолированных от других популяций этого вида.

В состав одного вида организмов могут входить несколько, иногда много популяций. Если представителей разных популя­ций одного вида поместить в одинаковые условия, они сохранят свои различия. Однако принадлежность к одному виду обеспе­чивает возможность получения плодовитого потомства от пред­ставителей разных популяций. Популяция — элементарная форма существования и эволюции вида в природе.

Популяции могут быть монолитными или состоять из груп­пировок субпопуляционного уровня — семей, кланов, стад, стай и т.п. Объединение организмов одного вида в популяцию выяв­ляет их качественно новые, эмергентные свойства. Решающее значение приобретают численность и пространственное разме­щение организмов, половой и возрастной состав, характер взаимоотношений между особями, размежевание или контакты с другими популяциями этого вида и т.д. По сравнению с вре­менем жизни отдельного организма популяция может существо­вать очень долго.

Вместе с тем популяция обладает и чертами сходства с орга­низмом как биосистемой, так как имеет определенную структу­ру, генетическую программу самовоспроизведения, способность к авторегуляции и адаптации, свое коллективное материально-энергетическое хозяйство. Исторически в силу серьезных разли­чий, влияющих на их структуру и динамику, сложились разные подходы к изучению популяций растений и животных: растения представлены прикрепленными формами, состоят из слабо скоррелированных частей (на одном дереве может быть не­сколько популяций побегов), способны не только к половому, но и к вегетативному размножению.

Изучение популяций является важным разделом современ­ной биологии на стыке экологии и генетики. Практическое зна­чение популяционной биологии заключается в том, что популя­ции являются реальными единицами биомониторинга, эксплуа­тации и охраны природных экосистем. Взаимодействие людей с видами организмов, находящихся в природной среде или под хозяйственным контролем, опосредуется, как правило, через популяции. Это могут быть штаммы болезнетворных или полез­ных микробов, сорта возделываемых растений, породы разводи­мых животных, популяции промысловых рыб и т.п. Не менее важно и то, что многие закономерности популяционной эколо­гии относятся к популяциям человека.

Основные загрязнители атмосферы.

Атмосфера и ее состав.

Атмосфера — внешняя оболочка биосферы, ее масса ничтожна — всего лишь одна миллионная массы Земли, но роль во всех природных процессах огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности планеты, защищает ее от вред­ного космического излучения и ультрафиолетового излучения Солнца. Циркуляция в атмосфере влияет на местные клима­тические условия, а через них — на режим рек, почвенно-растительный покров и на процесс рельефообразования.

Современный газовый состав атмосферы — результат дли­тельного исторического развития природы. Воздух, как из­вестно, состоит из азота (78,09%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%), неона, других газов и паров воды. Кроме того, он содержит различные вещества, выделяемые природными источниками: пыль как раститель­ного, вулканического и космического происхождения, так и возникающую при эрозии почв, капельно-жидкую воду (туман), частицы морской соли, газы, образующиеся во время лесных и степных пожаров, различные продукты раститель­ного, животного или микробиологического происхождения.

Нижняя, преобладающая по массе, часть атмосферы назы­вается тропосферой. Она простирается в среднем до высот 8—10 км в полярных широтах, до 10—12 км — в умеренных, до 16—20 — в тропических. Над тропосферой располагается стратосфера, от которой тропосфера отделена сравнительно тонким переходным слоем — тропопаузой. В стратосфере доля азота и кислорода снижается и увеличивается процент­ное содержание водорода, гелия и других газов. Именно между тропосферой и стратосферой находится озоновый слой, который поглощает большую часть ультрафиолетовой солнеч­ной радиации, предохраняя живую природу планеты.

Выше стратосферы, продолжающейся до высоты 55— 95 км, простирается ионосфера (примерно до высоты 1000 км). Этот слой способен отражать радиоволны, что по­зволяет осуществлять дальнюю радиосвязь по всему земному шару (это явление обязано наличию здесь положительных и отрицательных ионов, а также свободных электронов). И на­конец, ионосфера переходит в экзосферу — зону утечки лег­ких газов атмосферы в космическое пространство.

Для жизнедеятельности человека наиболее важной час­тью воздуха является кислород. Через легкие он поступает в кровь, которая доставляет его вместе с питательными ве­ществами в клетки организма. При повторном соединении кислорода с углеродом выделяется первоначальная энергия, стимулирующая работу мускулов, согревающая организм, обеспечивающая работу нервной системы, деятельность мозга, прохождения метаболических (т. е. обменных) про­цессов.

Загрязнение атмосферы.

Под загрязнением понимается процесс привнесения в воздух или образование в нем физичес­ких агентов, химических веществ или организмов, неблаго­приятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям. В определенном смысле за­грязнением можно считать и изъятие из воздуха отдельных газовых ингредиентов (в частности, кислорода) крупными технологическими объектами. И дело не только в том, что попадающие в атмосферу газы, пыль, сера, свинец и другие вещества опасны для человеческого организма — они небла­гоприятно влияют на круговороты многих компонентов на земле. Загрязняющие и ядовитые вещества переносятся на большие расстояния, попадают с осадками в почву, поверх­ностные и подземные воды, в океаны, отравляют окружаю­щую среду, отрицательно сказываются на получении расти­тельной массы.

Загрязнение атмосферы сказывается и на климате планеты. На этот счет существуют три точки зрения. 1. Наблюдающее­ся в текущем столетии глобальное потепление климата обу­словлено возрастанием концентрации CO₂ в атмосфере, а к середине будущего столетия произойдет катастрофическое по­тепление климата, сопровождающееся сильным возрастанием высоты уровня Мирового океана. 2. Загрязнение атмосферы снижает уровень солнечной радиации, повышает количество ядер конденсации в облаках, в результате поверхность Земли охлаждается, что в свою очередь может вызвать новое оледе­нение в северных и южных широтах (сторонников этой точки зрения немного). 3. Согласно сторонникам третьей точки зре­ния, оба эти процесса уравновесятся и климат Земли сущест­венно не изменится.

Главные источники загрязнения атмосферы — предпри­ятия топливно-энергетического комплекса, обрабатывающей промышленности и транспорт. Более 80% всех выбросов в атмосферу составляют выбросы оксидов углерода, двуокиси серы, азота, углеводородов, твердых веществ. Из газообраз­ных загрязняющих веществ в наибольших количествах вы­брасываются окислы углерода, углекислый газ, угарный газ, образующиеся преимущественно при сгорании топлива. В больших количествах в атмосферу выбрасываются и оксиды серы: сернистый газ, сернистый ангидрид, сероуглерод, серо­водород и др. Самым многочисленным классом веществ, за­грязняющих воздух крупных городов, являются углеводоро­ды. К числу постоянных ингредиентов газового загрязне­ния атмосферы относятся также свободный хлор, его соедине­ния и др.

Помимо газообразных загрязняющих веществ в атмосферу поступают десятки миллионов тонн твердых частиц. Это пыль, копоть, сажа, которые в виде мелких частиц свободно проникают в дыхательные пути и оседают в бронхах и легких. Однако и это еще не все — «по пути» они обогащаются суль­фатами, свинцом, мышьяком, селеном, кадмием, цинком и другими элементами и веществами, многие из которых канце­рогенны. С этой точки зрения особенно опасна для здоровья человека асбестовая пыль. К первому классу опасности также принадлежат кадмий, мышьяк, ртуть и ванадий. (Любопытны результаты сравнительного анализа, выполненного американ­скими учеными. Содержание свинца в костях скелета абори­гена Перу, жившего 1600 лет назад, в 1000 раз меньше, чем в костях современных граждан США.)

С загрязнением атмосферы ассоциируется и такое специфи­ческое явление, как кислотные дожди.

Явление парникового эффекта атмосферы.

В последние годы стало отчетливо понятно, что аналогия между обычным парником и парниковым эффектом атмосферы не вполне кор­ректна. Еще в конце прошлого века известный американский физик Вуд, заменив в лабораторной модели парника обычное стекло на кварцевое и не обнаружив при этом никаких изме­нений в функционировании парника, показал, что дело не в задержке теплового излучения почвы стеклом, пропускаю­щим солнечную радиацию. Роль стекла в данном случае состо­ит лишь в «отсечении» турбулентного теплообмена между по­верхностью почвы и атмосферой.

Парниковый (оранжерейный) эффект атмосферы — это ее свойство пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение (в том числе, в отличие от условий обычного парника, и длинноволновое), способствуя аккумуляции тепла Землей. Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию, которая почти пол­ностью поглощается земной поверхностью. Нагреваясь за счет поглощения солнечной радиации, земная поверхность стано­вится источником земного, в основном длинноволнового, из­лучения, часть которого уходит в космическое пространство.

Ученые-исследователи продолжают спорить о составе так называемых парниковых газов. Наибольший интерес в этой связи вызывает влияние увеличивающейся концентра­ции углекислого газа (СО₂) на парниковый эффект атмосферы. Высказывается мнение, что известная схема: «рост концент­рации углекислого газа усиливает парниковый эффект, что ведет к потеплению глобального климата» — предельно упро­щена и очень далека от действительности, так как наиболее важным «парниковым газом» является вовсе не углекислый газ (и не закись азота, не метан или хлорфторуглеводороды), а водяной пар. При этом оговорки, что концентрация водяно­го пара в атмосфере определяется лишь параметрами самой климатической системы, сегодня уже не выдерживают крити­ки, так как антропогенное воздействие на глобальный круго­ворот воды убедительно доказано.

В качестве научных гипотез укажем на следующие послед­ствия грядущего парникового эффекта. Во-первых, согласно наиболее распространенным оценкам, к концу XXI в. содер­жание атмосферного CO₂ удвоится, что неизбежно приведет к повышению средней глобальной приземной температуры на 3—5 ⁰С. При этом потепление ожидается более сильным в высоких широтах и соответственно станет более засушливым лето в умеренных широтах Северного полушария.

Во-вторых, предполагается, что подобный рост средней гло­бальной приземной температуры приведет к повышению уровня Мирового океана на 20—165 см за счет термического расширения воды. (Что касается ледникового щита Антаркти­ды, то его разрушение не является неизбежным, так как для таяния необходимы более высокие температуры. В любом слу­чае, процесс таяния антарктических льдов займет весьма про­должительное время.)

В-третьих, концентрация атмосферного СО₂ может оказать весьма благоприятное воздействие на урожаи сельскохозяйст­венных культур. Результаты проведенных экспериментов по­зволяют предполагать, что в условиях прогрессирующего роста содержания СО₂ в воздухе природная и культурная рас­тительность достигнут оптимального состояния: возрастет листовая поверхность растений, повысится удельный вес су­хого вещества листьев, увеличатся средний размер плодов и число семян, ускорится созревание зерновых, а их урожай­ность повысится.

В-четвертых, в высоких широтах естественные леса, осо­бенно бореальные, могут оказаться весьма чувствительными к изменениям температуры. Потепление может привести к рез­кому сокращению площадей бореальных лесов, а также к перемещению их границ на север. Леса тропиков и субтропи­ков окажутся, вероятно, более чувствительными к изменению режима осадков, а не температуры. Однако прогнозы предсто­ящих изменений осадков очень неопределенны.

В целом, парниковый эффект атмосферы — это уравнение со многими неизвестными. Большая часть ученых полагает, что потепление реально проявится. Более того, многие ут­верждают, что глобальное потепление (примерно на 1° в XX в.) уже произошло (по крайней мере, его первая фаза), но оно было как бы замаскировано естественными климатическими изменениями. Однако есть ученые, считаю­щие, что, как это ни парадоксально, ускоряющееся накопле­ние СО₂ может привести не к потеплению, а к похолоданию. Подобное мнение основывается на том, что прогноз «перегре­ва» Земли при удвоении концентрации СО₂ в воздухе сделан исходя из ошибочной оценки парникового эффекта этого газа. Считается, что сторонники «перегрева» не учитывают колос­сальной роли вод Океана в поглощении антропогенного С0₂ и недооценивают значения наземной биоты, и следовательно, почв как мощных ассимиляторов «избыточной» атмосферной углекислоты.

Истончение озонового слоя атмосферы.

Как известно, жизнь на Земле появилась только после того, как образовался охранный озоновый слой планеты. Многие века ничто не предвещало беды. Однако в последние десятилетия было заме­чено, что примерно с 1975 г. каждой весной над Антарктидой образуется так называемая озоновая дыра: содержание озона в стратосфере над шестым континентом снижается до 50%. Позже угроза обозначилась и на Севере — озоновый слой там сократился на 10%, а это уже непосредственно касается густо­населенных стран Европы и Северной Америки.

Ученые полагают, что изменяющаяся озоновая обстановка непременно скажется на состоянии растительного и животного мира. Урожайность некоторых сельскохозяйственных культур может резко упасть. Изменившиеся условия скажутся и на мик­роорганизмах — на том же планктоне — основном корме мор­ских обитателей. Увеличение дозы ультрафиолетовых лучей может резко ослабить иммунную систему человека и вызвать многие заболевания (глазные, рак кожи и т. д.).

В чем причины появления озоновых дыр? Есть разные ва­рианты научных объяснений и прогнозов (возможно, винова­ты циклы в природе, может быть этого явления не замечали раньше, когда не было ни станций в Антарктиде, ни совре­менных приборов и т. п.). Однако большинство авторитетов сходятся в одном: основная причина в концентрации хлорфторуглеродов (фреонов).

Это антропогенные вещества и химические соединения, ис­пользуемые в производстве аэрозолей, хладагентов (в холо­дильниках), растворителей и т. д. Их широкое применение в течение нескольких десятилетий не вызывало никакой трево­ги. В нижних слоях атмосферы они не вступают ни в какие химические реакции и не оказывают токсичного действия. Но именно эта «инертность» позволяет им подниматься в страто­сферу.

Как известно, стратосферный озон образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения на молекулы кис­лорода (О + O₂ -> О₃), но туда попадают и атомы хлора, вхо­дящие в состав «вторгающихся »хлорфторуглеродов, именно они наиболее эффективно разрушают слой озона (Cl + О₃ -> СlО + О₂). Цикл начинается с того, что в присутствии атома хлора молекула озона расщепляется с образованием моноксида хлора (СlО) и молекулярного кислорода, а затем идет новый разрушающий цикл, «подхватываются» новые атомы кислорода (СlО + О -> Сl + О₂), хлор «подхлестывает» новый этап разрушения.

Итак, главный «виновник» истончения озонового слоя — хлорфторуглероды (фреоны). До последних лет их производство в мире быстро росло: одни США давали 50% общей суммы (около 1 млн т). Вот почему в мире ширится движение за полную приостановку выпуска фреонов. В 1987 г. в Монреале состоялась .Первая международная конференция по озоновому слою, где приняли решение сократить выпуск хлорфторуглеродов к концу нынешнего столетия на 50%. Но уже через два года (в 1989 г.) в Лондоне собрались представители из 122 стран и потребовали немедленного прекращения выпуска про­дукции хлорфторуглеродов.

Сложность ситуации заключается в том, что некоторые страны (среди них Индия и КНР) требуют безвозмездной пере­дачи новых западных технологий, так как они не могут согла­ситься с экономическим ущербом, связанным с демонтажом недавно установленного (экологически грязного) оборудова­ния.

Предлагаются и иные альтернативные (подчас «полуфан­тастические») решения: устранение загрязняющих веществ в атмосфере с помощью лазеров, распыление искусственного озона с самолетов, на которых будут установлены мощные генераторы этого газа, и т. д.

Практическая работа №1.

Данные источника выбросов (Вариант №17):

Загрязняющее вещество	Высота трубы, м	Диаметр устья трубы, м	Температура ГВС, ºC	Выброс загрязняющего вещества, г/с	ПДК с.с.
1	2	3	4	5	6
Диоксид углерода Зола Сажа Свинец	37	1.6	114	3.9 5.7 14.0 1.8	3.0 0.5 0.05 0.0003

1. Находим C_max=A*M*F*m*n*Г*H^-2*(V₁*∆T)^-1/3

A – 200

F – 1

Г – 1

H – 37 м

Wср – 7 м/с

V₁ = 0.785D²*W_ср. = 0.785 * 1.6² * 7м/сек = 14,0672

∆T = T_r – T₀º C = 114 – 24.7= 89,3º C

f = (W_max²*D/H²*∆T)*1000 = (7² * 1.6 / 37² * 89,3) * 1000 = 0,641

т.к. f < 100, то:

m = 1/(0.67+0.1*f^0.5+0.34*f^1/3) = 1/(0.67+0,080+0,293) = 1/1,043 = 0,958

V_m = (V₀*∆T/H)^1/3 * 0.65 = (1.978*89.3/37)^1/3 * 0.65 = 1,683*0.65 = 1,094

т.к. 0.5 ≤ V_m < 2, то:

n = 0.532 * V_m² – 2.13* V_m + 3.13 = 0,636804 - 2,33022 + 3.13= 1,436

C_max(Диоксид углерода) = 200*3.9*1*0.958*1.436*1*37^-2*(14.067*89.3)^-1/3 = 0,0726

C_max(Зола) = 200*5.7*1*0.958*1.436*1*37^-2*(14.067*89.3)^-1/3 = 0,1061

C_max(Сажа) = 200*14.0*1*0.958*1.436*1*37^-2*(14.067*89.3)^-1/3 = 0,2607

C_max(Свинец) = 200*1.8*1*0.958*1.436*1*37^-2*(14.067*89.3)^-1/3 = 0,0335

2. Определяем x_max = ((5-F) / 4)*k*H

Т.к. f<100 и 0.5 ≤ V_m < 2, то: k=4.95 * V_m *(1+0.28f^1/3)=4.95*1,094*(1+0.28*0,641^1/3)= 7,173

x_max= (5-1) / 4* 7.173*37=1*7.173*37=265,401