14

3. Влияние первобытного и современного человека на окружающую среду

Люди опираются на природные ресурсы для обеспечения своих основных потребностей, включая питание, крышу над головой и одежду, но они также и борются за место, занятое естественными местообитаниями. Таким образом, рост наеления и развитие человечества влияют на биоразнообразие как прямо, так и косвенно. Влияние человека на окружающую среду, включая использование земли и других природных ресурсов, являются важнейшими факторами, обусловившими имеющее место сокращение биоразнообразия.

В прошлом, малая плотность населения и регулируемое использование природных ресурсов сохраняло баланс экосистем. Однако, за последнюю тысячу лет воздействие человека на землю увеличилось.

Человек начал изменять природные комплексы уже на первобытной стадии развития цивилизации, в период охоты и собирательства, когда стал пользоваться огнем. Одомашнивание диких животных и развитие земледелия расширили территорию проявления последствий человеческой деятельности. По мере развития промышленности и замены мускульной силы энергией топлива интенсивность антропогенного влияния продолжала возрастать. В XX в. вследствие особенно быстрых темпов роста населения и его потребностей оно достигло небывалого уровня и распространилось на весь мир.

Важнейшие экологические постулаты, сформулированные в книге Тайлера Миллера «Жизнь в окружающей среде».

1. Что бы мы ни делали в природе, все вызывает в ней те или иные последствия, часто непредсказуемые.

2. Все в природе взаимосвязано, и мы живем в ней все вместе.

3. Системы жизнеобеспечения Земли могут выдержать значительное давление и грубые вмешательства, однако всему есть предел.

4. Природа не только более сложна, чем мы о ней думаем, она гораздо сложнее, чем мы можем себе это представить.

Все созданные человеком комплексы (ландшафты) можно разделить на две группы в зависимости от цели их возникновения:

– прямые – созданные целенаправленной деятельностью человека: возделываемые поля, садово-парковые комплексы, водохранилища и т.д., часто их называют культурными;

– сопутствующие – не предусматриваемые и обычно нежелательные, которые были активизированы или вызваны к жизни деятельностью человека: болота по берегам водохранилищ, овраги на полях, карьерно-отвальные ландшафты и т.д.

Каждый антропогенный ландшафт имеет свою историю развития, порой весьма сложную и, главное, крайне динамичную. За несколько лет или десятилетий антропогенные ландшафты могут претерпеть такие глубокие изменения, какие естественные ландшафты не испытают за многие тысячи лет. Причина этого – непрерывное вмешательство человека в структуру этих ландшафтов, причем это вмешательство обязательно сказывается и на самом человеке.

Антропогенные изменения в окружающей среде весьма разнообразны. Непосредственно воздействуя лишь на один из компонентов среды, человек может опосредованно изменять и остальные. И в первом, и во втором случае происходит нарушение круговорота веществ в природном комплексе, и с этой точки зрения результаты воздействия на среду можно отнести к нескольким группам.

К первой группе относят воздействия, приводящие только к изменению концентрации химических элементов и их соединений без изменения формы самого вещества. Например, в результате выбросов от автомобильного транспорта концентрация свинца и цинка возрастает в воздухе, почве, воде и растениях, во много раз превышая обычное их содержание. В этом случае количественная оценка воздействия выражается в массе загрязняющих веществ.

Вторая группа – воздействия приводят не только к количественным, но и качественным изменениям форм нахождения элементов (в пределах отдельных антропогенных ландшафтов). Такие преобразования часто наблюдаются при разработке месторождений, когда многие элементы руд, в том числе токсичные тяжелые металлы, переходят из минеральной формы в водные растворы. При этом их суммарное содержание в пределах комплекса не меняется, но они становятся более доступными для растительных и животных организмов. Другой пример – изменения, связанные с переходом элементов из биогенной формы в абиогенную. Так, человек при рубке лесов, вырубая гектар соснового леса, а затем сжигая его, переводит из биогенной формы в минеральную около 100 кг калия, 300 кг азота и кальция, 30 кг алюминия, магния, натрия и др.

Третья группа – формирование техногенных соединений и элементов, не имеющих аналогов в природе или не характерных для данной местности. Таких изменений с каждым годом становится все больше. Это появление фреона в атмосфере, пластмасс в почвах и водах, оружейного плутония, цезия в морях, повсеместное накопление плохо разлагающихся пестицидов и т.д. Всего в мире повседневно используется около 70 000 различных синтетических химических веществ. Каждый год к ним добавляется около 1500 новых. Следует учесть, что о воздействии на окружающую среду большинства из них известно мало, но по крайней мере половина из них вредны или потенциально вредны для здоровья человека.

Четвертая группа – механическое перемещение значительных масс элементов без существенного преобразования форм их нахождения. Пример – перемещение масс породы при разработке месторождений как открытым, так и подземным способом. Следы карьеров, подземных пустот и терриконов (холмов с крутыми склонами, образованных перемещенными из шахт отработанными пустыми породами) будут существовать на Земле многие тысячи лет. К этой же группе относятся и перемещения значительных масс почв при пыльных бурях антропогенного происхождения (одна пыльная буря способна перенести около 25 км3 почвы).

Реальные масштабы современного антропогенного влияния таковы. Ежегодно из недр Земли извлекают свыше 100 млрд т полезных ископаемых; выплавляют 800 млн т различных металлов; производят более 60 млн т не известных в природе синтетических материалов; вносят в почвы сельскохозяйственных угодий свыше 500 млн т минеральных удобрений и примерно 3 млн т различных ядохимикатов, 1/3 которых поступает с поверхностными стоками в водоемы или задерживается в атмосфере. Для своих нужд человек использует более 13% речного стока и сбрасывает в водоемы ежегодно более 500 млрд м³ промышленных и коммунальных стоков. Изложенного достаточно, чтобы осознать глобальность влияния человека на среду, а значит, и глобальность возникающих в связи с этим проблем. Рассмотрим последствия трех основных видов хозяйственной деятельности человека.

1. Промышленность – самая крупная отрасль материального производства – играет центральную роль в экономике современного общества и является основной движущей силой ее роста. За последнее столетие мировое промышленное производство увеличилось более чем в 50 раз, причем 4/5 этого роста приходится на период с 1950 г., т.е. период активного внедрения в производство достижений научно-технического прогресса. Естественно, что такой бурный рост промышленности, обеспечивающей наше с вами благосостояние, в первую очередь сказался на окружающей среде, нагрузка на которую многократно возросла.

2. Энергетика – основа развития всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунально-бытового хозяйства. Это отрасль с очень высокими темпами развития и огромными масштабами производства. Соответственно, и доля участия энергетических предприятий в нагрузке на природную среду весьма значительна. Ежегодное потребление энергии в мире – более 10 млрд т условного топлива, и цифра эта непрерывно увеличивается2 . Для получения энергии используют либо топливо – нефть, газ, уголь, древесину, торф, сланцы, ядерные материалы, либо другие первичные источники энергии – воду, ветер, энергию Солнца и т.д. Практически все топливные ресурсы невозобновимы – и это первая ступень воздействия на природу энергетической отрасли – безвозвратное изъятие масс вещества.

3. Металлургия. Воздействие металлургии начинается с добычи руд черных и цветных металлов, ряд из которых, такие как медь и свинец, применяются еще с давних времен, а другие – титан, бериллий, цирконий, германий – активно используются лишь в последние десятилетия (для нужд радиотехники, электроники, ядерной техники). Но с середины XX в., вследствие научно-технической революции, резко возросла добыча и новых, и традиционных металлов и потому увеличилось количество природных нарушений, связанных с перемещением значительных масс пород.

Кроме основного сырья – руд металлов – металлургия достаточно активно потребляет воду. Примерные цифры расхода воды на нужды черной металлургии: на производство 1 т чугуна затрачивается около 100 м³ воды; на производство 1 т стали – 300 м³; на изготовление 1 т проката – 30 м³ воды.

Но самая опасная сторона воздействия металлургии на окружающую среду – техногенное рассеяние металлов. При всем различии свойств металлов все они по отношению к ландшафту являются примесями. Их концентрация может возрастать в десятки и сотни раз без внешнего изменения окружающей среды. Главная опасность рассеянных металлов заключается в их способности постепенно накапливаться в организмах растений и животных, что нарушает пищевые цепи.

126. Воздухообмен, кратность воздухообмена, кондиционирование. Связь параметров вентиляции с содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Расчёт выделения вредных веществ и влаги.

Влаговыделения

Количество влаги, выделяемой работающими: W = ,

где n – число людей в помещении; w – влаговыделения от одного человека.

Газовыделения

Необходимо учесть газовыделения при технологических операциях.

Расчёт выделений тепла.

Тепловыделения от людей

В расчётах используется явное тепло, т.е. тепло, воздействующее на изменение темпетатуры воздуха в помещении. Считается, что женщина выделяет 85 % тепловыделений взрослого мужчины.

Тепловыделения от солнечной радиации

Для остеклённых поверхностей: Q_ост. = F _ост.^. q _ост.^. А _ост. , Вт,

где F _ост. – площадь поверхности остекления, м² ; q _ост. – тепловыделения от солнечной радиации, Вт/м², через 1м² поверхности остекления (с учётом ориентации по сторонам света); А _ост. – коэффициент учёта характера остекления.

Тепловыделения от источников искусственного освещения

Q_осв. = N _осв.^. h , Вт,

где N _осв. – мощность источников освещения, Вт ;  – коэффициент теплопотерь (0,9 - для ламп накали-вания, 0,55 - для люминесцентных ламп).

Тепловыделения от оборудования

Электропаяльники ручного типа мощностью 40 Вт Þ

Q_об. = N _об.^. h

Определение потребного воздухообмена.

Необходимый расход воздуха определяется вредными факторами, вызывающими отклонение параметров воздушной среды в рабочей зоне от нормируемых (поступление вредных веществ, влаги, избытков теплоты).

Потребный воздухообмен при поступлении вредных веществ в воздух рабочей зоны

Количество воздуха, необходимое для разбавления концентраций вредных веществ до допустимых:

G = , м³/ч,

где В – количество вредных веществ, выделяемых в помещение за 1 час, г/ч ; q₁, q₂ – концентрации вредных веществ в приточном и удаляемом воздухе, г/м³, q₂ принимается равной ПДК для рассматриваемого вещества (свинец и его неорганические соединения - 0,1^.10^-4 г/м³, класс опасности - I).

Выбор и конфигурация систем вентиляции.

Выбор систем вентиляции

Поскольку полученное значение количества воздуха потре- бует огромных затрат электроэнергии и материальных средств, целесообразно применить систему местных отсосов, что значительно снизит воздухообмен.

При удалении вредностей непосредственно у места их выделения достигается наибольший эффект действия вентиляции, т.к. при этом не происходит загрязнения больших объёмов воздуха и можно удалить малыми объёмами воздуха выделяемые вредности. При наличии местных отсосов объём приточного воздуха принимается равным объёму вытяжки (минус 5% для исключения возможности перетекания загрязнённого воздуха в соседние помещения).

Расчёт местной вентиляции (вытыжной) .

Воздухообмен при поступлении вредных веществ в воздух рабочей зоны

Угол несоосности j между осями факела вредностей и отсоса принят величиной 20^о из конструктивных соображений. Расход воздуха для отсоса, удаляющего теплоту и газы, пропорционален характерному расходу воздуха в конвективном потоке, поднимающемся над источником:

L_отс. = L₀ ^. К_П ^. К_В ^. К_Т ,

где L₀ – характерный расход, м³/ч ; К_П – безразмерный множитель, учитывающий влияние геометрических и режимных параметров, характеризующих систему “источник - отсос”; К_В – коэффициент, учитывающий скорость движения воздуха в помещении; К_Т – коэффициент, учитывающий токсичность вредных выбросов.

L₀ = ,

где Q – конвективная теплоотдача источника (40 Вт); s – параметр, имеющий размерность длины, м; d – эквивалентный диаметр источника (0,003 м).

s = ,

где х₀ – расстояние в плане от центра источника до центра отсоса (0,2 м); у₀ – расстояние по высоте от центра источника до центра отсоса (0,4 м);

Д = ,

где Д_экв. – эквивалентный диаметр отсоса (0,15 м).

К_В = ,

где v_B – подвижность воздуха в помещении.

К_Т определяется в зависимости от параметра С:

С = ,

где М – расход вредного вещества (7,5 ^. 10^-3 мг/с); L_отс.1 – расход воздуха отсосом при К_Т = 1 ; ПДК – предельно-допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (0,01 мг/м³); q_пр. – концентрация вредного вещества в приточном воздухе, мг/м³.