Практическое задание 1

Фекличева А.С.

Задание №1. Опишите сущность, физико-химические основы, причины, масштаб и последствия указанных экологических угроз и проблем.

Парниковый эффект

1. Сущность проблемы. Парниковый эффект (оранжерейный или тепличный эффект) – это повышение температуры поверхности земли по причине нагрева нижних слоев атмосферы скоплением парниковых газов. В результате температура воздуха больше, чем должна быть, а это приводит к таким необратимым последствиям, как климатические изменения и глобальное потепление. Несколько веков назад эта экологическая проблема существовала, но не была такой явной. С развитием технологий с каждым годом увеличивается количество источников, которые обеспечивают парниковый эффект в атмосфере.

2. Физико-химические основы. Парниковый эффект вокруг планеты связан с наличием вокруг неё устойчивой атмосферы. Земля, для поддержания своего температурного баланса, должна отдавать энергии столько же, сколько получает её от Солнца. Но, атмосфера не однородна, в её состав входят углекислый газ и водяной пар, они поглощают инфракрасные лучи. Их наличие в атмосфере вызывает образование парниковых газов, некоторые из них частично возвращаются обратно к Земле. У поверхности планеты эти газы повышают температуру, создавая «эффект одеяла». При отсутствии парникового эффекта температура на Земле была бы ниже современной на 33 градуса.

Почти весь поток инфракрасного излучения парниковые газы возвращают из тропосферы. Безвозвратно в космос излучение уходит с уровня тропопаузы. Исключением из этого правила является слой озона, относительное содержание которого растет с высотой.

Истощение озонового слоя в тропосфере приводит к повышенному потоку ультрафиолетового излучения в диапазоне 290-320 нм.

ОН, вступая в реакции с молекулами метана и фторуглеродов, уменьшают их концентрацию в тропосфере и снижают прямой парниковый эффект этих веществ.

При разрушении небольшого количества тропосферного озона происходит дополнительное снижение парникового эффекта.

В значительной степени на парниковый эффект влияют тропосферные химические процессы.

3. Причины. Выбросы производств, добыча полезных ископаемых, угольные электростанции, автомобильные выхлопы, экстенсивное сельское хозяйство, эксплуатация зданий, лесные пожары, вырубки лесов, извержение вулканов.

Наибольший парниковый эффект вызывает сжигание топлива, его добыча и транспортировка, производство сырья (цемент, сталь и другие металлы), пищевая промышленность, захоронение и сжигание отходов. На них приходится примерно 70% всех глобальных антропогенных выбросов.

4. Масштаб проблемы. Суммарное действие этих факторов обеспечивает относительно стабильную, усредненную в планетарном масштабе условную температуру у поверхности Земли (в среднем около +14 °C в XX веке), которая меняется сравнительно медленно (по меркам человека; в нынешних условиях — примерно на 1 °C за 100 лет). Однако сдвиги на считанные градусы в ту или иную сторону, которые неоднократно происходили в прошлом, приводят к существенной трансформации природных условий и биосферы, смещению и расширению отдельных климатических зон.

Парниковый эффект может оказаться довольно опасным явлением в том случае, если изменение климата будет носить резкий, лавинообразный характер, конечного результата не сможет предсказать никто, однако, такие изменения однозначно окажут негативное влияние на жизнь людей.

5. Последствия. Одним из опаснейших последствий парникового эффекта считается глобальное потепление, ведущее к нарушению теплового баланса планеты. Летняя жара становится нестерпимой, а среди зимы начинаются оттепели. Нормой жизни становятся ураганы и смерчи, кислотные дожди и другие стихийные катаклизмы. Растут площади пустынь и засушливых территорий, бурно тают ледники, постепенно исчезает вечная мерзлота, сокращаются площади лесов.

6. Предупреждение, снижение негативных воздействий и ликвидация последствий:

• В первую очередь нужно прекратить вырубку лесов, сажать новые деревья и кустарники, поскольку они поглощают углекислый газ и вырабатывают кислород.

• Используя электромобили, сократится количество выхлопных газов. Кроме того, можно с машин пересаживаться на велосипеды, что удобней, дешевле и безопасней для экологии.

• Также ведутся разработки альтернативного топлива, которое, к сожалению, медленными темпами внедряется в нашу повседневную жизнь.

• Восстанавливать почвенный покров, так как потеря гумуса напрямую влияет на парниковый эффект

• Повышать энергоэффективность и модернизировать технологий по сбережению энергии.

Задание №2. Опишите воздействие на животные и растительные организмы элемента. Приведите формы их существования в атмосфере, гидросфере и литосфере, значения ПДК, укажите по какому показателю вредности он установлен.

Остаточный алюминий (III)

Алюминий — один из наиболее распространенных в природе элементов и занимает третье место после кислорода и кремния, с которыми в виде алюмосиликатов составляет больше 82% массы земной коры.

1. Воздействие на растительные организмы. В почвах содержится 150–600 мг/кг, в атмосферном воздухе городов — около 10 мкг/м3, в сельской местности — 0,5 мкг/м3 алюминия. Накопление алюминия в почве содействует ее закислению. При закислении водоема нерастворимые формы алюминия переходят в растворимые, что способствует резкому повышению его концентрации в воде.

Алюминий оказывает вредное действие на растения, начиная с концентрации 1 мг/л воды, поэтому использование алюминийсодержащих сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур нецелесообразно. Образуя нерастворимые соединения с фосфатами, алюминий нарушает их поглощение корнями. Избыток алюминия в почве приводит к деформации органов: листья большинства растении скручиваются, на них появляются белые пятна; падает урожайность зерновых культур, возделываемых на кислых почвах (около 40% всех обрабатываемых земель). При выпадении "кислотных дождей" токсичность алюминия повышается, поскольку он переходит в растворимое состояние и вымывается из глины. При этом в клетках корневой меристемы образуется весь спектр аберраций — геномных, хромосомных и хроматидных.

2. Воздействие на животные организмы. Источниками повышенного поступления алюминия в организм человека также могут быть консервированная пища, некоторые травы и плавленые сыры, дезодоранты, бумажные полотенца, а также продукты, контактирующие с алюминиевой фольгой.

Алюминий играет в организме важную физиологическую роль — он участвует в образовании фосфатных и белковых комплексов, в процессах регенерации костной, соединительной и эпителиальной ткани; оказывает, в зависимости от концентрации, тормозящее или активирующее действие на пищеварительные ферменты, способен влиять на функцию околощитовидных желез.

3. Формы существования в атмосфере. Алюминий (Al) может существовать в атмосфере в следующих формах:

• Алюминий (Al) — в виде пылевых частичек, взвешенных в воздухе. Эти частички могут осаждаться под действием силы тяжести, вызывая эрозию горных пород, строительных конструкций, затруднение дыхания растений и т. д.

• Коллоидные частички (10–7–10–9 нм) — поглощают, рассеивают и отражают солнечные лучи, мешая им достигнуть земной поверхности, ухудшая видимость.

• На поверхности пылинок начинают активно протекать реакции, приводящие ко вторичному загрязнению атмосферы. Например, оксиды железа, алюминия, магния и других металлов служат катализаторами.

4. Формы существования в гидросфере. Алюминий насыщает воду двумя путями. В природных водах он оказывается после их контакта с горными породами — определенными видами глины и алюмосиликатами. Вторым путем его проникновения в водные источники является деятельность людей:

• в промышленных и бытовых стоках он оказывается и в итоге обычного выброса мусора, и с предприятий, обслуживающих химическую промышленность;

• стройплощадки также загрязняют окружающую среду алюминием.

Высокая концентрация этого металла в стока является постоянным явлением, объемы их растут. Вода растворяет оказавшийся в ней металл, и в ней образуются гидроксид, гидрохлорид, боксид алюминия. Значительная часть этих соединений токсична и способствует ухудшению экологической обстановки в регионах, так как наносит вред живущим в природных водоемах живым существам, начиная с микроорганизмов.

5. Формы существования в литосфере. Содержание алюминия в литосфере составляет порядка 8%. В живом веществе его около 5* %. Геохимические свойства алюминия обусловлены характером строения электронной оболочки его атома, легко теряющего валентные электроны. Близость ионных радиусов и определяет широкие вариации их изоморфных замещений в алюмосиликатах в условиях четверной координации. Как химически активный элемент алюминий формирует большое число минералов: насчитывается свыше 350 минеральных видов, в состав которых он входит в качестве главного компонента. Большая их часть относится к силикатам.

В магматических горных породах наиболее важными минералами алюминия выступают полевые шпаты, содержание которых повышено в основных породах. Чистый ортоклаз [KAlSi3O8], альбит [NaAlSi3O8] и анортит [CaAl2Si208] содержат соответственно 9,7; 10,3 и 19,4% алюминия. Второе место по распространению занимают такие алюминийсодержащие минералы, как фельдшпатоиды -- нефелин NaAlSiO4 и лейцит KAlSiO4 (17 и 12,4% А1). К важным минералам алюминия относятся также слюды -- мусковит (16% А1) и биотит (от 6 до 12% А1). Амфиболы в изверженных породах обычно не являются минералами алюминия, однако роговые обманки могут содержать его до 8%. Для нормальных пироксенов алюминий не характерен, но титановые авгиты могут содержать до 5,5% А1.

6. ПДК.

Таблица 1 - Нормативы компонентов вод для рыборазведения по «Перечню» в сравнении с мировыми данными

Компонент	ПДКр, мг/л	Подземные воды зоны гипергенеза, мг/л	Речные воды 1963, 1969, мг/л	Речные воды 1979, 1982, мг/л	Морская вода,1969, мг/л
Al	0,04	0,226	0,4	0,05	0,001

Таблица 2 - Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений

Наименование вещества	Формула	Предельно допустимые концентрации,
		максимальная разовая	среднесуточная
диАлюминий триоксид /в пересчете на алюминий/	Al2O3	-	0,01
Алюмосиликаты (цеолиты; цеолитовые туфы)	-	-	0,03
Фториды неорганические плохо растворимые - (алюминия фторид, кальция фторид, натрия гексафторалюминат)	AlF3, Na3AlF6	0,2	0,03
Смолистые вещества (возгоны пека) в составе электролизной пыли выбросов производства алюминия*(10)	-	0,1*(11)	0,03*(12)

Задание №3. Характеризуйте основные природные и техногенные источники образования газа и время пребывания его в атмосфере, возможные процессы трансформации и вывода из атмосферы.

Н2S

Сероводород (H2S) — бесцветный газ с запахом тухлых яиц.