- •Введение
- •1. Глобальные проблемы экологии
- •1.1. Рост численности населения
- •1.2.Природные ресурсы, загрязнение и деградация окружающей среды
- •1.3. Энергоэффективность и чистая полезная энергия
- •1.4. Чистая первичная продуктивность экосистем
- •2. Круговороты веществ в природе
- •2.1. Круговорот углерода
- •2.2. Круговорот кислорода
- •2.3. Круговороты азота и серы
- •2.4. Нормативные платежи за выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников
- •2.4. Круговорот фосфора
- •2.5. Миграционные циклы
- •2.6. Круговорот воды
- •3. Вопросы к практическим занятиям и контрольным заданиям по курсу "экология"
- •4. Задачи к курсу "экология"
- •Рекомендуемая литература основная :
- •Дополнительная:
- •Пример оформления контрольной работы.
- •Экзаменационный билет № 1
2.2. Круговорот кислорода
Кислород, самый распространенный элемент, без которого невозможна жизнь на Земле. Он составляет 47,2% от массы земной коры в виде оксидов металлов и неметаллов. Его содержание в воздухе составляет 20,95% по объему или 1,2∙105 т. В воде морей и океанов растворено от 2,7 до 10,9 млн. м3 кислорода.
Единственный процесс, который приводит к продуцированию кислорода - это фотосинтез его растениями-продуцентами (≈ 3∙1011 т/год). Однако расход О2 на техногенную деятельность человека очень велик: на сжигание топлива используют до 15 млрд. т, на окисление металлов - 135 млн. т. При увеличении сжигания топлива на 5% ежегодно через 150 - 200 лет содержание свободного кислорода может снизиться до критического для живых организмов предела.
Очень важное значение для всего живого на Земле имеет озон- аллотропное видоизменение кислорода (О3). Благодаря существованию на высоте 12-14 км озонового слоя к поверхности Земли не проникают губительные для жизни организмов ультрафиолетовые лучи. Они поглощаются озоновым слоем;
При промышленных выбросах в атмосферу оксидов азота и хлорфторуглеродов, которые катализируют реакцию разрушения озона
О- + О3 = 2О2 ,
скорость ее резко возрастает и концентрация озона уменьшается, таким образом уменьшается защитный слой озона в стратосфере.
Информацию о толщине (концентрации) этого слоя можно получить, используя спектральные методы. При этом используют зависимость интенсивности почернений линий спектра от концентрации озона, которая выражается эмпирической формулой Ломакина-Шейбе:
I = а∙Св,
где а и в - коэффициенты, не зависящие от концентрации С.
Это линейная зависимость в координатах ln I = f (lnС):
ln I = lnа + в∙lnС.
В простейшем случае в = 1 и тогда I = а∙С.
Для этого строим калибровочную кривую, используя искусственно приготовленные пробы с различной концентрацией озона (максимальная концентрация О3 в стратосфере составляет ~ 0,5 ррm - 0,5 объема О3 на миллион). Принимая максимальную степень почернения линий характеристического спектра за 100%, строим калибровочный график по данным спектрального анализа проб.
I,% ....0 20 40 60 80 100
С,ррm... 0 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50
Снимая спектр озона в стратосфере, можно судить о состоянии озонового слоя и о прохождении ультрафиолетовых лучей к поверхности Земли. Например: обработка фотоснимка показала, что интенсивность почернений линий спектра равна 50%. Это, согласно калибровочному графику, указывает на уменьшение концентрации озона в два раза и, соответственно, такой слой уже пропускает ультрафиолетовые лучи.
Большое значение, как лимитирующий фактор водной экосистемы, имеет концентрация растворенного в воде кислорода. При ее уменьшении останавливается развитие или прекращают свое существование популяции, живущие в этой экосистеме. Информацию о качестве воды дают такие общепринятые параметры:
БПКполн - биологическая потребность в кислороде;
ХПК - химическое потребление кислорода;
СА - суммарное содержание азота.
Это значит, что если в водную экосистему произошел сброс стоков с биологически или химически активными веществами, потребляющими кислород, то в ней уменьшится концентрация кислорода. В зависимости от состояния водной экосистемы существует допустимый сброс загрязняющих веществ, не приводящий к гибели водных популяций, на которые предприятия платят штраф на проведение мероприятий по его очистке. При превышении предельно допустимого сброса оплата (штраф) существенно увеличивается.
Например: сыроваренный завод сбрасывает сточные воды в количестве 400 м3/сутки с предельно допустимым БПКПолн = 40 мг/л. Норматив платежей за сброс 1 т загрязняющего вещества, не превышающий предельно допустимый сброс, составляет 146 р., за превышение предельно допустимого сброса - 774 р./т. Определить платежи предприятия за квартал, если в этот период из-за неработающей системы очистки БПКполн составлял 100 мг/л.
Расчет ущерба окружающей среде проводится по формуле:
У =m1∙n∙СПДС + m2∙n∙Сппс ,
где У - экологический ущерб (штраф предприятия), р.;
m1 - масса загрязняющего вещества при предельно допустимом сбросе (ПДС), т;
m2 - масса загрязняющего вещества при превышении предельно допустимого сброса (ППС), т;
n - количество дней работы завода;
Спдс - нормативные платежи за 1т загрязнений при ПДС;
Сппс - нормативные платежи за 1т загрязнений при ППС.
При попадании в водную экосистему нитратов и нитритов резко возрастает численность и рост сине-зеленых водорослей. При увеличении расхода кислорода на их аэробное дыхание уменьшается количество растворенного кислорода, необходимого для развития других популяций экосистемы. Плата за сброс таких сточных вод определяется так же, как и в предыдущем примере. Нормативы платежей представлены в табл. 2.3.
Таблица 2.3. Нормативы платежей за сброс загрязняющих веществ в водные объекты
Название загрязняющих веществ
|
Нормативы платежей за сброс 1т загрязняющих веществ, р. | |
ПДС |
ППС | |
Азот аммонийный Нитрит-ионы Нитрат-ионы |
551 3444 6,9 |
2755 17220 34,5 |