Весна Сборник тестовых заданий по екологии 2012

УДК 502/504(07)+574(07) 330:504(07)

ББК 20.1я73 В38

Весна Е.Б., Демин В.М., Ксенофонтов А.И. Сборник тестовых заданий по экологии: учебное пособие М.: НИЯУ МИФИ, 2012.–208 с.

Предназначено для подготовки к компьютерному тестированию по общим вопросам экологии, вопросам радиоэкологии и охраны окружающей среды.

Главное внимание уделено специальным темам, разрабатываемым и читаемым на различных факультетах НИЯУ МИФИ студентам 2–5 курсов.

Пособие включает набор тестов и контрольных вопросов, а также альтернативных ответов, помогающих студенту самостоятельно оценить степень усвоения курса «Основы экологии и охраны окружающей среды». Часть вопросов основана на примерах, встречавшихся при проведении циклов компьютерного тестирования в НИЯУ МИФИ в различные годы.

Отличительной особенностью предлагаемого учебного пособия является краткое изложение основных вопросов экологии, понятий и терминов, законов и принципов, названных именами учёных, внесших значительный вклад в экологическую науку.

Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.

Рецензент канд. техн. наук, зав. каф. МГОУ Р.Е. Либерзон

ISBN 978-5-7262-1680-5

©Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2012

3

4

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время широко используется технология тестирования –объективного метода контроля и оценивания знаний, призванная определять уровень подготовленности и соответствие образовательным стандартам в конкретной области. При этом тестирование лишено традиционных недостатков других методов контроля знаний: неоднородности требований, субъективности экзаменаторов, неопределённости системы оценок и т.п.

Одним из видов такой технологии является компьютерное тестирование, при котором тестовые задания последовательно изображаются на экране компьютера, а уровень подготовленности испытуемого оценивается после ответов на полное количество тестовых заданий. Время тестирования в этом случае заранее оговаривается.

Как правило, используется задание закрытого типа, когда имеются несколько вариантов ответа и предлагается выбрать один или, реже, несколько правильных.

Экология входит составной частью в базовую часть математического и естественнонаучного цикла. Поэтому наряду с экологией студенту необходимо знать фундаментальные законы в области физики атомного ядра и частиц, вопросы конденсированного состояния вещества.

Авторы стремились создать пособие, которое отражало бы основные дидактические единицы:

биосфера, экосистемы, организм и среда,

глобальные экологические проблемы, рациональное природопользование и охрана окружающей среды,

социально-экономические аспекты экологии.

Кроме того, в пособии достаточно полно представлены экологические вопросы энергетики, использование ядерной энергетики и основы радиоэкологии.

Авторы весьма благодарны за полезные замечания своим коллегам из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», советы и рекомендации, направленные на улучшение настоящего пособия.

5

If you are thinking 1 year ahead, plant seeds

If you are thinking 10 years ahead, plant a tree

If you are thinking 100 years ahead, educate the people.

Chinese Emperor Kuan Tsu, the 5th century BC

Г Л А В А 1

БИОСФЕРА ЗЕМЛИ

Планета Земля образовалась порядка 4,5–5 млрд лет назад. Предполагается, что возникновение жизни и зарождение биосферы датируется временем порядка 3,5–3,8 млрд лет назад. Это событие стало возможным только после остывания Земной коры и образования Мирового океана. В соответствии с этим выделяют два основных этапа эволюции биосферы: добиотический и биотический.

Учитывая, что первоначально свободного кислорода в атмосфере не было, а жёсткое ультрафиолетовое излучение Солнца убивает живую протоплазму, жизнь, скорее всего, возникла и длительное время существовала только в гидросфере под защитным слоем воды. Первыми живыми существами на Земле были простейшие организмы: анаэробные прокариоты (доядерные) и хемосинтезирующие бактерии.

В какие пространственные границы укладывается биосфера? Если моделировать Землю шаром, то средний радиус нашей планеты принято считать равным 6370 км. Пространственные границы возможного существования жизни определяются физическими пределами. Нижним пределом является глубина литосферы, на которой при сопутствующих значениях давления и температуры вода ещё может находиться в жидком состоянии. Эта глубина не превышает

25км от поверхности Земли.

Верхняя граница существования жизни определяется наличием и

расположением в атмосфере озонового слоя Земли, защищающего биотическое сообщество от прямого ультрафиолетового излучения Солнца. И эта величина не превышает 25 км от поверхности Земли, только теперь в противоположном направлении, вверх в атмосферу. Таким образом, область распространения живого вещества, биосфера – это совокупность живых и неживых организмов, сосредоточенных в приземных слоях атмосферы, в гидросфере и в верхней части литосферы.

6

Практически вся жизнь на Земле сосредоточена в пределах тонкой прослойки воздуха, воды и почвенных пород земной коры, простирающейся от глубины в несколько сот метров ниже уровня моря до высоты в несколько сот метров над уровнем моря. Вот почему области повышенной концентрации жизни в биосфере, расположенные по границе разделов разных сред, были названы В.И. Вернадским плёнками жизни.

Другим критерием, приводящим к аналогичным выводам, является сопоставление массы живого и неживого вещества на нашей планете. В табл. 1.1 показано распределение массы нашей планеты по её основным компонентам.

Если принять массу Земли примерно равной 6,0∙1021 т, то масса атмосферы – 5,16∙1015 т, океана – 1,38∙1018 т, земной коры – 2,61∙1019 т. В то же время биомасса живого вещества на нашей планете оценивается величиной только порядка 2,4∙1012 т.

Следовательно, биосфера – область жизни, содержащая живые организмы всех уровней (биота) и среду их обитания: атмосферу, гидросферу и литосферу – является тонкой оболочкой на образующей и обеспечивающей её существование основе – планете Земля. В свою очередь, по теории Вернадского, именно жизнь образовала на Земле сферу жизни – биосферу. После появления жизни на Земле можно рассматривать биогеохимическую эволюцию планеты.

1.1. Структура биосферы

Вселенная огромна. Расстояние от Земли до Солнца составляет 150 млн км. Расстояние от Солнечной системы до центра Галактики в 2 млрд раз больше расстояния от Земли до Солнца. В свою очередь, размеры наблюдаемой Вселенной в миллион раз больше расстояния от Солнца до центра нашей Галактики. И всё это огромное пространство заполнено невообразимо большим количеством веще-

7

ства. Только в наблюдаемой области Вселенной суммарная масса порядка 1022 масс Солнца. Вся безбрежная огромность пространства и баснословно огромное количество вещества в нём поражает воображение.

Минимальное расстояние до нашего ближайшего спутника – Луны – 356 400 км.

На нашей планете момент, когда уровень содержания кислорода в атмосфере эволюционно достиг примерно 1 % от современного, принято называть «основной точкой Л. Пастера». С этого времени стала возможна аэробная жизнь, а в геологической истории это архей. Предполагается, что накопление кислорода происходило взрывообразно и заняло в эволюции не более 20 тыс. лет.

Вторая «точка Пастера» – достижение содержания кислорода в атмосфере планеты около 10 % от современного уровня привело к формированию озоносферы. Жизнь стала возможной на мелководьях, а затем и на суше. Произошло это также в архее и столь же геологически стремительно.

Особая роль в жизни нашей планеты принадлежит растениям, без которых было бы невозможно существование животных и человека. Только содержащие хлорофилл зелёные растения способны аккумулировать энергию солнца, создавая органические вещества из неорганических; при этом растения извлекают из атмосферы СО2 и выделяют О2, поддерживая её постоянный состав. Таким образом, фотосинтез служит регулирующим фактором содержания O2 и CO2 на планете.

6CO2 + 6H2O + [солнечная энергия] = C6H12O6 + 6O2 + Q (1.1)

На процессы дыхания во всех живых организмах и на сжигание всех видов топлива, содержащего углерод, расходуется в среднем около 10 тыс. т O2 в секунду и понадобится 3000 лет, чтобы закончился весь кислород атмосферы. Однако расход органических веществ и атмосферного кислорода уравновешивается созданием углеводов и кислорода в результате фотосинтеза в тканях зелёных растений, который в 30 раз превышает скорость дыхания в тех же тканях. В то же время вся имеющаяся в атмосфере двуокись углерода проходит через растения в среднем за 300 лет.

8

Рис.1.1. Схематический разрез Земли

По наиболее достоверной гипотезе, строение ядра Земли состоит из железоникелевого сплава – 90,85% Fe, 8,5% Ni и 0,65% Co. Ядро заключает в себе огромнейшую массу никеля – около 17∙1019 т (общее его количество на Земле оценивается в 17,4∙1019 т). Разрез Земли от её поверхности до внутреннего ядра схематически показан на рис. 1.1.

Земная кора – самая верхняя из твёрдых оболочек Земли. Нижняя граница земной коры, на которой происходит резкое увеличение скоростей продольных сейсмических волн, а также скачкообразный рост плотности вещества, называется поверхностью Мохоровичича (Мохо). Процентное содержание химического элемента в земной

9

коре называется его кларком. Кларки основных химических элементов земной коры представлены на рис. 1.2.

Рис.1.2. Состав основных элементов земной коры

Биосфера – оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью живых организмов. Биосфера охватывает часть атмосферы до высоты озонового слоя (20–25 км), часть литосферы и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2–3 км на суше и на 1–2 км ниже дна океана.

В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере семь геологически взаимосвязанных типов веществ:

живое вещество;

биогенное вещество (горючие ископаемые), создаваемое и перерабатываемое живыми организмами;

косное вещество, образующееся без участия живых организмов (изверженные горные породы);

биокосное вещество, создаваемое одновременно живыми организмами и процессами неорганической природы (почвы); радиоактивное вещество; рассеянные атомы;

вещество космического происхождения (метеориты).

10