Техногенные системы и экологический риск. Учебное пособие

УДК 504(075.8)

ББК 20.1я73

Т19

Рецензент – доцент, кандидат технических наук А.И. Байтелова

Тарасова, Т. Ф.

Т19 Техногенные системы и экологический риск : учебное пособие / Т. Ф. Тарасова, Е. В. Сальникова; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург :

ОГУ, 2024. – 117 с.

ISBN

В учебном пособии даются представления о принципах создания, функционирования и безопасного развития различных видов техногенных систем, их взаимодействия с природными экосистемами, величине и последствиях антропогенного воздействия на окружающую среду. Рассматриваются приемы и методы количественного анализа возможных негативных последствий как от систематических воздействий техногенных систем, так и воздействий, связанных с аварийными ситуациями. Изложены теоретические основы принципов нормирования загрязняющих веществ в объектах окружающей среды. Обсуждаются вопросы нормирования показателей качества объектов окружающей среды и средств их определения.

Учебное пособие предназначено для обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлению подготовки 04.03.01 Химия и по специальности 04.05.01 Фундаментальная и прикладная химия.

УДК 504(075.8)

ББК 20.1я73

ISBN

© Тарасова Т.Ф., Сальникова Е.В., 2024

© ОГУ, 2024

Содержание

4

Введение

На урбанизированных территориях противоречия между потребностями человеческого общества и природной средой особенно обостряются, что приводит к возникновению и увеличению экологического риска, обусловленного как хроническим ухудшением состояния и качества окружающей среды, так и острыми разрушительными для нее последствиями.

Экологический риск может быть связан с любой технической системой и служит количественной мерой экологической безопасности жизненно важных интересов людей, поэтому задача оценки и управления таким риском во всем мире рассматривается как одна из наиболее важных составляющих проблемы устойчивого развития.

Для человека представляют опасность такие природно-антропогенные системы, в которых задействованы и перераспределяются потоки органических веществ и энергии, приводящие к изменениям показателей качества объектов окружающей среды, что неблагоприятным образом оказывает влияние на здоровье человека и условия его жизнедеятельности.

Поэтому любые виды хозяйственной деятельности должны иметь установленные федеральными и региональными законами экологические обоснования, цель которых — доказать допустимость воздействий в рамках действующих нормативных экологических ограничений для качества основных компонентов окружающей среды, обеспечить предупреждение ЧС и минимизацию их последствий, создать условия для безопасного функционирования технических систем и сохранения здоровья людей.

Учебное пособие направлено на формирование представлений о принципах создания, функционирования и безопасного развития главных разновидностей техногенных систем, их взаимодействия с природными экосистемами, величине и последствиях антропогенного воздействия на окружающую среду, усвоение

5

приемов и методов количественного анализа возможных негативных последствий как от систематических воздействий техногенных систем, так и воздействий,

связанных с аварийными ситуациями.

В учебном пособии рассмотрена окружающая среда, изменяющаяся под влиянием природных и антропогенных факторов, как систематического характера,

так и при аварийных и катастрофических экстремальных их проявлениях. Оценка экологического риска раскрывается как методология количественного определения разнородных опасностей. Отсюда возникает необходимость в рассмотрении методов, базирующихся на нормативно-организационных, технологических и экономических аспектах, которые бы обеспечивали безопасные условия обитания человека в окружающей среде

Вучебном пособии раскрывается понимание того, что мир техногенных опасностей познаваем, и что у человека есть достаточно средств и способов защиты от них. Но для этого необходимо знать уровни допустимых воздействий негативных факторов на человека и окружающую среду, научиться оценивать негативные воздействия и последствия, возникающие при нарушении нормативных требований.

Вучебном пособии рассматриваются методы идентификации опасности антропогенного происхождения, методы качественного и количественного оценивания экологического риска, приемы анализа всей доступной и достоверной информации и сопоставления различных точек зрения в процессе принятия решений, направленных на снижение уровня антропогенного воздействия на объекты окружающей среды, а также методы прогнозирования развития и оценки последствий аварийных и чрезвычайных ситуаций.

Учебное пособие «Техногенные системы и экологический риск» опирается на положения теории экологической безопасности, фундаментальными составляющими которой являются устойчивость экосистем различного уровня, их индикаторный отклик на природно-климатические и антропогенные воздействия и закономерности восстановления биоты при компенсации угнетающих факторов или при снятии нагрузок, в частности устойчивость биосферы, как глобальной экологической системы.

6

1 Окружающая среда и техногенные системы

1.1 Биосфера, динамика и причины ее устойчивости

Одной из проблем современности является усложнение взаимодействия между окружающей средой, производственной деятельностью человека и обществом. В результате антропогенной деятельности из года в год происходит рост потребления природных ресурсов и ухудшение показателей качества окружающей природной среды, связанное с загрязнением атмосферного воздуха, водных объектов, почвенного покрова, растет уровень шумового, теплового воздействия на объекты окружающей среды.

Поэтому важным является определение условий равновесия в экологических системах, пределов их устойчивости, что позволит предотвратить неблагоприятное воздействие антропогенных факторов на состояние биосферы. Поток солнечной энергии определяет динамичность биосферы, оказывает влияние на климатические процессы, на характер взаимодействия континентов и океанических вод. Так, в

зимний период времени года материки охлаждаются сильнее на полюсах, а в летний период прогреваются на экваторе, создавая температурный контраст, который смягчают океаны. И в этом огромную роль играют потоки воздушных масс, которые транспортируют влагу, испаряющуюся с поверхности океанов, на поверхность континентов, что также оказывает влияние на динамику биосферы.

Одним из важных факторов, влияющих на устойчивость биосферы, является хозяйственная деятельность человека, в большей степени сопровождающаяся негативным воздействием на окружающую среду. Однако живые системы продолжают функционировать в этих условиях. Выясним, какие существуют факторы, которые обеспечивают устойчивость биосферы в пространстве и во времени? К факторам устойчивости живых систем относятся магнитное поле Земли,

7

озоновый слой биосферы, высокое разнообразие организмов и деятельность редуцентов. Остановимся на характеристике этих факторов.

Магнитное поле Земли. Излучение, поступающее из космического пространства, характеризуется огромной энергией, способной разложить атомы и молекулы газообразных веществ, содержащихся в воздухе, на положительно и отрицательно заряженные частицы, что привело бы к гибели живых систем. Но благодаря тому, что вокруг нашей планеты сформировано магнитное поле, живые организмы защищены от космического излучения.

Именно, магнитное поле вокруг Земли является одной из причин устойчивости биосферы: без него не возникла бы жизнь на планете, и без него она бы не существовала в настоящее время.

Озоновый слой биосферы. Благодаря процессу фотосинтеза, автотрофы сформировали кислородную среду, охватывающую все геосферы Земли. В

атмосфере содержащийся в ней кислород в результате фотодиссоциации способствовал образованию атомарного кислорода, который под действием ультрафиолетового излучения Солнца, вступая во взаимодействие с молекулярным кислородом, превращался в озон. Больше всего озона содержится в стратосфере, там сформирован озоновый слой на высоте 25-35 км. В тропосфере озон возникает только при грозовых разрядах.

Содержание озона в атмосфере мало, но его эколого-биологическое значение весомо. Наличие озонового слоя в стратосфере способствует поглощению жестких ультрафиолетовых лучей, оказывающих губительное воздействие на живые системы.

Таким образом, озоновый слой защищает живые организмы от ультрафиолетовых лучей, что также является причиной устойчивости биосферы.

Помимо этого, кислород, содержащийся в атмосфере, способствует сгоранию космических тел, таких как метеориты, кометы.

Высокое разнообразие организмов в биосфере. Биосфера характеризуется большим многообразием живых организмов, каждый из которых выполняет определенные функции в экологических системах, связанных с синтезом и

8

распределением органических веществ и потоков энергии, что обеспечивает стабильность биосферы в целом.

Редуцентное звено биосферы. Редуценты, как структурный элемент экологических систем, к числу которых относятся микроорганизмы, бактерии,

беспозвоночные животные, грибы, способствуют разложению «мертвой» органики до минеральных веществ, снова включающихся в биотические круговороты. Эти группы живых организмов образуют редуцентное звено биосферы.

Таким образом, солнечная энергия, поступающая на поверхность Земли способствует возникновению условий, обеспечивающих жизнедеятельность живых систем. Но с другой стороны, благодаря живым организмам, образовался озоновый экран, защищающий их от ультрафиолетового излучения.

Но стабильность биосферы не безгранична. Из-за антропогенного воздействия возможны нарушения в тех связях, которые обеспечивают экологическое равновесие.

С развитием науки и техники возрастают потребности человечества и его влияние на окружающий мир. Зачастую общество вовремя не замечает и не предотвращает разрушительное воздействие, которое оно оказывает на природу.

Выбрасывая в окружающую среду миллионы тонн загрязняющих веществ различного происхождения, наносится огромный ущерб природным экосистемам.

При этом масштаб антропогенного воздействия зависит от факторов, которые способствуют распространению загрязняющих веществ.

1.2 Распространение загрязняющих веществ в окружающей среде.

Так как в результате антропогенной деятельности образуются выбросы и сбросы загрязняющих веществ, а также образуются отходы производства и потребления, с экологической точки зрения важным является выявление путей

9

распространения загрязняющих веществ и оценка показателей качества атмосферы,

гидросферы и литосферы, связанных с миграцией образующихся в результате производственной деятельности человека химических соединений.

Окружающая среда – совокупность объектов окружающего человека мира,

оказывающих существенное влияние на обеспечение его жизнедеятельности и удовлетворение его разнообразных нужд. Но, как уже отмечалось, производственная деятельность человека сопровождается загрязнением атмосферного воздуха, водных объектов, почвенного покрова. Выясним, что понимается под загрязнением окружающей среды.

Загрязнение окружающей среды предполагает поступление в нее примесей или образование в результате трансформации компонетов окружающей среды веществ, чуждых окружающей среде.

Любое химическое загрязнение – это появление химического вещества в непредназначенном для него месте. Загрязнения, возникающие в процессе деятельности человека, являются главным фактором его вредного воздействия на природную среду в больших масштабах из-за их способности к распространению в окружающей среде.

Распространение химических веществ – это свойство веществ выходить за пределы района их применения, что способствует появлению данного вещества во всех объектах окружающей среды.

Выделяют несколько стадий распространения химических соединений в окружающей среде: массоперенос между различными объектами окружающей среды (перенос на границе почва-вода, вода-воздух, почва-воздух). Распространение загрязняющих веществ может быть связано с предварительным их поступлением в живой организм и дальнейшим накоплением в нем. Миграция загрязняющих веществ может происходить непосредственно в каждом из объектов окружающей среды.

Перенос химических соединений между различными природными средами.

Скорость миграция загрязняющих веществ на границе разделов объектов окружающей среды зависит от химических свойств веществ, участвующих в

10