- •Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Тверской государственный технический университет
- •Тверь 1998
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Важнейшие научные концепции и положения экологии
- •1.1 Исходные теоретические концепции экологии
- •1.2 Взаимоотношения организма и среды
- •1.3.Экология популяций и сообществ
- •1.4.Экологические системы
- •1.4.1. Общая характеристика.
- •1.4.2.Превращения энергии в экосистемах.
- •1.4.3.Классификация экосистем.
- •1.4.4.Эволюция и устойчивость экосистем.
- •2.Биосфера и человек
- •2.1.Структура и эволюция биосферы
- •2.1.1.Состав и границы биосферы.
- •2.1.2.Циркуляция элементов в биосфере.
- •2.1.3.Эволюция биосферы.
- •2.2.Человек в биосфере
- •2.3.Экология человека
- •2.3.1.Среды жизни человека и формы его адаптации к ним.
- •2.3.2.Адаптивные типы и расы.
- •2.4.Основные направления антропогенных воздействий на биосферу
- •2.4.1.Современные воздействия человека на биосферу.
- •2.4.2.Общая характеристика негативных воздействий экономической деятельности человека на пс.
- •3.Актуальные экологические проблемы человечества в биосфере
- •3.1.Проблема роста народонаселения
- •3.2.Проблема урбанизации
- •3.3.Глобальные последствия загрязнения атмосферы
- •3.4.Опасность ядерных катастроф и радиоактивных загрязнений
- •3.5. Проблема истощения природных ресурсов
- •3.6. Региональные экологические проблемы Тверской области
- •3.7. Прогнозирование и оценка экологического риска.
- •4.Охрана биосферы
- •4.1.Экологические принципы охраны природы и рационального природопользования
- •4.2.Концепция экологической безопасности и устойчивого развития рф
- •4.3. Экологический мониторинг в биосфере, рф и ее регионах
- •4.4. Международное сотрудничество по охране ос
- •4.5.Основные формы и методы защиты природной среды и решения экологических проблем
- •5.Защита компонентов биосферы
- •5.1.Защита атмосферы от материальных загрязнений
- •5.1.2.Характеристика и источники загрязнения атмосферы.
- •5.1.3. Нормирование загрязнений атмосферы.
- •5.1.4.Контроль за состоянием чистоты атмосферы.
- •5.1.5.Защита_атмосферного воздуха.
- •5.1.6.Рассеивание выбросов в атмосфере.
- •5.1.7.Методы очистки выбросов.
- •5.2.Защита водной среды от материальных загрязнений
- •5.2.1. Экологическая характеристика водной среды.
- •5.2.2.Водопользование и его виды.
- •5.2.3.Виды и источники загрязнения водной среды.
- •5.2.4.Нормирование качества воды.
- •5.2.5.Контроль качества воды и регламентация спуска св в водоемы и канализацию города.
- •5.2.6.Основные направление защиты водной среды.
- •5.2.7.Методы очистки св.
- •5.2.8.Оборотное водоснабжение предприятий
- •5.3.Охрана почв и земель
- •5.3.1.Экологическое значение почв.
- •5.3.2.Антропогенные воздействия на почвы.
- •5.3.3.Борьба с порчей почв, земли и рекультивация земель.
- •5.4. Охрана флоры и фауны
- •5.4.1. Охрана растительного мира.
- •5.4.2. Охрана животного мира (фауны).
- •5.5. Охрана недр
- •5.6. Защита опс от радиоактивных загрязнений
- •5.6.1. Важнейшие параметры ии и единицы их измерения.
- •5.6.2. Характеристика и источники рз в рф.
- •5.6.3. Гигиеническое нормирование техногенного облучениялюдей.
- •5.6.4. Радиационный контроль (рк) в рф.
- •5.6.5. Защита от ии.
- •5.6.6. Принципы обеспечения рб населения.
- •5.7. Защита опс от энергетических загрязнений
- •5.7.1. Защита населения от акустических загрязнений.
- •5.7.2. Защита населения от вибраций.
- •5.7.3. Защита населения от неионизирующих электромагнитных загрязнений.
- •5.7.3.1. Защита населения от воздействий змп промышленной частоты.
- •5.7.3.2. Защита населения от воздействий змп радиотехнических объектов (рто).
- •5.7.4. Защита опс от тепловых загрязнений стз).
- •6. Основы экономики природопользования
- •6.1. Взаимоотношения человеческого общества и природы, варианты его решения
- •6.2. Экологическая экспертиза хозяйственной и иной деятельности
- •6.3. Оценка ущерба от загрязнений опс
- •6.4. Экономический механизм природопользования в рф
- •6.5 Экономическое стимулирование природоохранной деятельности и экологические фонды в рф
- •7. Основы экологического права и управление охраной природы в рф
- •7.1.Источники и содержание экологических правовых норм
- •7.2. Ответственность за экологические правонарушения
- •7.3. Управление охраной природы в рф
- •Заключение
- •Библиогpафическии список
- •Приложение 1. Принятие сокращения в учебном пособии
- •1. Важнейшие научные концепции и положения экологии 9
- •2. Биосфера и человек 28
- •3. Актуальные экологические проблемы человечества в биосфере 50
- •4. Охрана биосферы 69
- •5. Защита компонентов биосферы 83
- •6. Основы экономики природопользования 157
- •7. Основы экологического права и управление охраной природы в рф 171
5.Защита компонентов биосферы
5.1.Защита атмосферы от материальных загрязнений
5.1.1. Экологическая характеристика атмосферы. Газообразная оболочка Земли - важнейший компонент всех экосистем, функционирующих на суше. Ее специфические особенности определяют морфологию и физиологию живых существ, организацию образуемых ими популяций и сообществ, особенности и интенсивность обмена веществ и энергии. Она является мощным резервным фондом в круговороте азота и избирательным фильтром для энергии солнечного излучения. Из-за высокого содержания в атмосферном воздухе (примерно 21%) онyжe не является экологическим лимитирующим фактором. У растений и животных появились органы, обеспечивающие его непосредственное усвоение из атмосферы в процессе дыхания. На больших высотах низкое парциальное давление становится препятствием для нормальной жизнедеятельности человека, растений и животных (см. рис. 2.1).
Участки суши и биогеоценозы резко различаются по средним значениям, суточным и сезонным колебаниям интенсивности падающего на поверхность планеты солнечного излучения, температуры влажности воздуха, что определяет неизмеримо большее разнообразие форм живых организмов на суше сравнительно с аналогичными показателями для океана. У животных и растений выработаны сложные приспособительные реакции (периодичность жизненных циклов, механизмы терморегуляции, различные типы фотосинтеза на экваторе и в умеренном поясе и т.д.). Жизнь в воздушной среде и необходимость активного поиска пищи привели к сильному развитию образований, поддерживающих тело в условиях незначительной плотности среды (опорные ткани растений и скелет животных), к различным формам движений животных (в том числе я непосредственно в воздушной среде) и способам распространения семян у растений. Одно из существенных особенностей экосистем воздушно-наземной среды заключается в резком преобладании биомассы растений сравнительно с биомассой микроорганизмов и животных (соответственно 99,2% и 0,8%). В океане же эти соотношения составляют 6,3 и 93,7%.
5.1.2.Характеристика и источники загрязнения атмосферы.
Атмосфера состоит из окиси газов и имеет общую массу т или примерно одну миллионную массы Земли. Около 50% ее массы сосредоточена в приземном слое до высоты 5,5 км и 99%. - в слое до 40 км. Этот слой постоянен по составу и изменяется незначительно. По объему он состоит из постоянных (- 78,01%; -20,95%: аргон - 0,93%; - 0,032 и инертные газы – 0,078 %) и переменных (, , СО, , водяной пар и др.) газов. Масса в атмосфере примерно т., его поставляет растительность Земли до т. в год. При этом т продуцируют леса. В верхнем слое атмосферы (в стратосфере) молекулы под действием солнечной радиации расщепляется на атомы, образуя . Его содержание в атмосфере составляет % (по массе), а общее количество достигает т. Он сосредотачивается высоте 20...45 км в виде слоя толщиной 2...4 мм (максимум у полисов). Озоновый слой интенсивно поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, защищая органическую природу от их смертоносного действия. Он задерживает около 20 % инфракрасных (тепловых) излучений Земли. Увеличение или уменьшение содержания в атмосфере служит предвестником циклонов и антициклонов, потеплении или похолодании, изменений ветра, а также влияет организм человека, особенно его кожу.
Переменные газы (см. выше) создают загрязнения в атмосфере и поступают в нее от естественных и искусственных источников загрязнения атмосферы (ИЗА). К первым относят ИЗА природного происхождения (извержения вулканов, пылевые бури, лесные пожары и т.п.), а ко вторым - ИЗА антропогенного происхождения, т.е. вызванные деятельностью человека. По массе антропогенные загрязнения сопоставимы с природными, а по их превзошли. Кроме того, углеводороды , обладают способностью накапливаться, что создает условия для повышения их содержания в атмосфере до опасных величин. Ниже рассматриваются в основном антропогенные загрязнения, представлявшие серьезную опасность материального загрязнения атмосферы.
Антропогенные выбросы в атмосферу мира ежегодно составляет порядка 20 млрд.т, в том числе - 18,3 млрд.т, твердых частиц - 1 млрд.т, СО - 304 млн.т, - 100 млн.т, - 88 млн.т и - 53 млн.т. При этом промышленность с теплоэнергетикой поставляет 40...50%, транспорт - 40...50, сельское хозяйство - 5...6 и коммунальный сектор - 7...8% суммарных выбросов. Главными источниками этих загрязнений являются промышленность и транспорт. В итоге примерный относительный состав 3В в атмосфере промышленных городов следующий: СО - 45%, -18, - 15, пыль - 12 и- 10%.
Как известно, в атмосфере Земли происходит самоочищение от материальных загрязнений за счет их конденсации, растворения, окисления, разложения и т.п., но это самоочищение не беспредельно. В определенных зонах Земли антропогенные источники, непрерывно и интенсивно выделяющие газовые и/или пылевые 3В, создают как глобальные, так и региональные и локальные загрязнения ОПС. Так интенсивные и непрерывно возрастающие загрязнения атмосферы и хлорфторуглеродами (фреонами или хладонами) в мире способствуют постепенному потеплению климата в биосфере и истощению озонового слоя нашей планета (см. выше раздел 3). Региональные и локальные загрязнения атмосферы распределяются так: 86% над промышленными районами, 12,9%. над городами, 1% над сельской местности и 0,1% над океанами. Аэрозольное загрязнение увеличивает плотность атмосферы и способствует развитию облачного покрова Земли, что снижает прямую солнечную радиацию. Оседание пыли на горные вечные снега и ледники увеличивает их таяние.
Локальные загрязнения (как аэрозольные, так и газовые) в период температурных инверсий (см. подраздел 5.1.6) вызывают смоги двух видов. Первый или Лондонский смог возникает из-за загрязненности воздуха копотью или дымом, содержащим SO; (в РФ часто наблюдается в Нижнем Тагиле. Кемерове и др.), а второй или Лос-Анжелессний смог - при загрязнении воздуха выхлопными газани автотранспорта (часто наблюдается в южных городах с интенсивным движением автомобилей). Лондонский смог (смесь дыма
и тумана) в 1952 г. за 4 дня погубил более 4 тыс. чел. Его главным токсическим компонентой стал содержанием 5...10 мг/м и более; новых вредных веществ в нем не образуется. Лос-Анджелесский смог или фотохимический смог возникает при более низких концентрациях загрязнителей и низкой влажности воздуха; образует новые вещества (фотооксиданты, озон и др.), значительно превосходящие исходные по своей токсичности, и желто-зеленую или голубоватую дымку летом и ранней осенью. Он вызывает у людей раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, губит листву на деревьях, а также усиливает коррозии металлов, приводит к растрескиванию резины и т.д.
В России за период с 1991 по 1995 годы в атмосферном воздухе городов и промцентров среднегодовые и средние из максимальных концентраций 3В (взвешенные вещества, и др. существенно уменьшились, что обусловлено значительным спадом производства, а концентрации СО и возросли в связи с ростом парка автомобилей. В 1995 г. среднегодовые концентрации в воздухе выше ПДК имели место в 204 (в 1994 г. - 208) городах с населением около 63 млн.чел. (42% населения РФ). При этом случаи превышения максимальных концентраций 5ПДК отмечены в 126 городах и 10ПДК в 80 городах, а превышение 10ПДК по трек и более 3В - в 12 городах. Приоритетный список городов РФ, где наблюдается наибольший уровень загрязнения атмосферного воздуха, включает 45 городов (Архангельск. Братск, Екатеринбург, Москва, Норильск. Саратов и др.), из них в 23 городах (Братск, Уфа, Екатеринбург, Кемерово, Чита и др.) это наблюдается более 3 лет. Характерной особенностью загрязнений в этих городах являются высокие концентрации специфических 3В – бенз(а)пирена, формальдегида, сероводорода, бензола и др.
В 1995 г. произошло 34 аварии на химически опасных объектах, сопровождающиеся залповым выбросом СДЯВ; из них 50% на предприятиях Роскомхимнефтепрома, 35,3% - Минтопэнерго РФ и 14,7%. - других отраслей. Экстремально высокими уровнями загрязнения атмосферного воздуха они сопровождались в городах Курган, Волжский и Тамбов, а также на ст. Зуевка Горьковской железной дороги.
В 1995 г. выбросы 3В в атмосферу по РФ от стационарных ИЗА составили 21,3 млн.т (в 1994 г. - 31,8 млн.т), из них 85,3% приходится на промышленность. Наибольшее загрязнение атмосферы (по объему выбросов) происходит в результате деятельности предприятий энергетики (27,7% от общего выброса промышленностью РФ), цветной (20,4%) и черной (15,1%) металлургии, добычи (7.8%) и переработки (5,0%) нефти, машиностроения (4,0%), газовой промышленности (3.9%) и промстройматериалов (3,7%). На территории РФ выпало 4,3...4.б млн.т серы, 1,3...1,4 млн.т окисленного и 2,0...2,8 млн.т аммонийного азота. Плотность выпаданий окисленной среды в крупных индустриальных регионах РФ (Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном и Уральском) достигает 750 кг/км^2 в год, а нитратного и аммонийного азота 720 кг/км2. В итоге кислотность осадков в этих регионах доходит до рН = 3,1.
Среднегодовая концентрация пыли в воздухе г. Тверь равна 0,7ПДК, 0,2ПДК, СО – 0,ЗПДК, - 0,25ПДК, а сероуглерода – 2,4ПДК (газета "TЖ" от 09.02.95 г.). Уровень такого загрязнения определяется деятельностью предприятий энергетики (40%), химии (около 20%) и машиностроения (10%). Крупнейшими загрязнителями атмосферы в Тверской области являются предприятия энергетики (51% областного выброса от стационарных ИЗА, в том числе от Конаковской ГРЭС - 32% и Тверских ТЭЦ - 9,5%), машиностроения, деревообрабатываищей и легкой промышленности (суммарно до 20%), а также автотранспорт.
На суммарную заболеваемость населения РФ (30...40% по всем экологическим факторам) влияет загрязнение атмосферного воздуха. В частности, заболевает 37% детей и 10% взрослых; ими вызвано 41% заболеваний органов дыхания, 16% - эндокринной системы, 2,5% - онкологических заболеваний у лиц возраста 30-34 года и 11% у лиц 55-59 лет. При этом частота заболеваний раком у лиц старше 40 лет (группа риска) повышена на 12...20% при концентрации бенз(а)пирена 2-4ПДК по сравнении с городами, в которых концентрации бенз(а)пирена ниже 2ПДК; а при превышении 4ПДК - на 22...24%. Также установлено, что примышленная пыль, и способны вызывать онкологические заболевания, когда концентрации любого из них превышают ПДК более чем в 2 раза. Вклад широко распространенных 3В (пыль, СО, и ) в атмосферном воздухе в частоту обострении хронического бронхита превосходит вклад специфических 3В (органических соединений, металлов) в 1,6 раза, тогда как вклад последних в частоту эндокринных заболеваний в 1,5 раза выше.
Экономический ущерб от загрязнений атмосферы может достигать значительных сумм. Так, в США он ежегодно составляет 16 млрд. долларов или 80 долларов на одного жителя. При этом из-за заболеваемости и смертности людей ущерб достигает 6 млрд. долларов, а из-за коррозии и разрушения металлов, гибели растений и снижения урожайности в сельском хозяйстве - 4,9 млрд. долларов в год. По РФ такой статистики пока нет.