I. Общие сведения по Лесной Опытной даче

Введение

В большом городе действительно очень мало, где можно встретить столь удивительный по почвенным показателям заповедник. Но Лесная опытная дача Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева является уникальной зоной в своем роде (ни в одном городе нет такого), поскольку разница высот составляет 15 метров, что обеспечивает необычный водный режим, которого нет в других заповедниках.

Но со временем окончания Великой Отечественной войны, когда Москва начали подниматься, стали расти промышленные производства, которые влекли за собой огромное количество выбросов в воздух. С тех пор начал портиться атмосферный воздух по многим показателям, что приводило к ухудшению экологии лесной опытной дачи. Лесная опытная дача ощущала на себе натиск огромного города.

В настоящий момент в городе Москве произошла «экологизация» предприятий, хотя далеко не все предприятия заботятся об устранении вредных выбросов. Так, например, ТЕЦ-21, расположенный в Северном автономном округе. Большую же опасность влечет за собой мусоросжигательный завод, который, несмотря на недавнюю реконструкцию, не переоборудован на более экологическую работу.

Однако самое негативное влияние по всем показателям несет за собой автотранспорт в данном округе.

 

I. Общие сведения по Лесной Опытной даче

История Лесной опытной дачи

Лесной массив в Петровско-Разумовском существовал задолго до основания Петровской земледельческой и лесной академии. Вновь созданному в 1865 году вузу он достался с большими порубками в войну 1812 года и после хозяйствования П.А. фон Шульца в 1828-1860 гг. Во время подготовки бывшей усадьбы к учебному процессу, в 1862 году (т.е. за три года от открытия «Петровки») ученый-лесовод А.Р.Варгас де Бедемар руководил детальной геодезической съемкой, в результате которой лесной массив был разбит на 14 кварталов, разделенных просеками, сохранившимися до наших дней. По кварталам был произведен учет древесных пород, их состав и возраст. В 1863 году А.Р.Варгас де Бедемар заложил первые пробные площади для многолетних наблюдений и определил направления исследований. В виду медленности в росте лесов, каждый лесной опыт мог быть проведен только трудами нескольких поколений. Постоянные пробные площади с лиственницами в смеси с другими деревьями, заложенные первым деканом лесного отделения Петровской академии В.Т.Собичевским, выявили, что лиственница хорошо развивается в нашем климате. Она проявила себя как продуктивная культура с высокой устойчивостью к неблагоприятным городским условиям.

Имена заведующих Дачей в период с 1865 года по 1940 год.

· Профессор В. Т. Собичевский: 1865-1881гг.

· Профессор В.Е. Графф: 1866-1867гг.

· Профессор М.К. Турский: 1881-1899гг.

· Профессор Н.С. Нестеров: 1900-1926гг.

· Профессор Г.Р. Эйтинген: 1928-1940гг.

 

По прошествии 1940 года заведующий ЛОД стал профессор В.П. Тимофеев.

На лесной опытной даче сохранились 130-летние насаждения. Одной из господствующих пород Лесной опытной дачи является сосна, большие площади занимает ель, другие хвойные породы (лиственница, пихта др.) и лиственные породы (береза, дуб, липа и др.).

Свыше 100 пробных площадей были заложены профессором М.К.Турским. Это опыты для изучения роста лесов (сосны и ели), способов лесоразведения – высева семян и посадки саженцев разного возраста, а также исследования по акклиматизации растений (пихта, кедр, веймутова сосна и др.), влияния места, происхождения семян и испытаний целой коллекции разного вида сосен. Проблемой акклиматизации неместных пород деревьев на Лесной даче занимались практически все ученые-лесоводы академии. Свыше 50 древесных пород и 22 вида кустарников были высажены на пробных площадях. Профессором Н.С.Нестеровым помимо продолжения опытов своих предшественников и расширения исследования акклиматизации деревьев, с особенной тщательностью и успехом проделан учет плодоношения лесных пород сосен, ели и дуба. Особый интерес представляет собою изучение им влияния леса на водный круговорот в природе. С помощью десятков дождемеров, почвенных скважин и измерения движения воды в ручьях и оврагах, подробно изучены – движение грунтовых вод, стечение дождевых осадков, ход и характер таяния снежного покрова. Помимо огромного значения этих исследований для практического лесоводства, они дали много для понимания причин, влияющих на обилие воды в реках и позволили, например, предсказать огромное наводнение в 1908 году, затопившее значительную часть Москвы. Н.С.Нестеров был организатором исследований гидроклиматической роли леса в бассейне реки Жабинки. Ее верховья располагаются у Оленьего болота на просеке между VI и VII кварталами и пополняются водотоком большой канавы, проложенной по северной границе Дачи. Для этого был устроен «водомерный наблюдательный ключ», фрагменты которого можно наблюдать и сегодня неподалеку от входа в лес со стороны Пасечной улицы. Многолетние наблюдения на Лесной опытной даче явились экспериментальным подтверждением положений академика В.Р.Вильямса, что лес является необходимой принадлежностью всякой сельскохозяйственной территории, независимо от района. Последующие труды В.П.Тимофеева, Г.Р.Эйтингена и их учеников продолжили исследования проблем леса и подготовки молодых специалистов. В 1920-е гг., как пишет в своем путеводителе по академии имени К.А. Тимирязева А.В.Чаянов, «каждый студент последнего курса в практических занятиях по лесоводству должен своими руками посадить ряд деревьев на очередном участке, налагаемом в этом году по плану лесного хозяйства. С 1888 года ведется точная запись этим рядам и можно отметить уже взрослые деревья, посаженные рукою Прянишникова, Вильямса и др. известных ныне агрономов, а также и вообще всех окончивших в это время Академию, а по числу рядов судить о размере выпуска соответствующего года», как писал в 1925 году в своем путеводителе «Петровско-Разумовское в его прошлом и настоящем» А.В.Чаянов – профессор академии, экономист по профессии и краевед по призванию.

В результате многолетних трудов академии 80% леса оказались рукотворными. Помимо четкой сети просек, в лесном массиве сохранились единичные исторически сложившиеся дороги. Одна из них соединяла сельцо Астрадамово с деревней Коптево. Она проходила через лесной кордон в верховьях речки Жабенки. Другая дорога вела на земли села Всесвятского (ныне – м. «Сокол»).

Территория и природные условия

Площадь ЛОД составляет 248,7 га и расположена в северо-западной части города Москвы, на юго-западе территориального землярасположения академии.

По форме Лесная опытная дача представляет собой почти правильный прямоугольник, протягивающийся с северо-запада на юго-восток, длиной в 2,8 км и шириной в 1,6 км.

Общее протяжение границ ЛОД составляет 8,3 км.

Дача находится в кольце шоссейных дорог. Из общего периметра около 85% территория обращена к городу.

Юг дачи граничит с городской больницей №50, восток – с автотранспортным шоссе, запад – с железной дорогой (станция «Гражданская», римского направления).

ЛОД входит в зону смешанных хвойно-широколиственных лесов.

Дача была объявлена заповедной зоной 3.12.1940 года, а также вторично – 30.05.1950 года.

После Великой Отечественной войны началось масштабное строительство в городе Москве, а также по границам ЛОД, что привело к положению Дачи между многоэтажными домами, асфальтированными дорогами с интенсивным движением уже в 1962 году.

С повышением роста населения, увеличилась и посещаемость ЛОД, которая использовалась как рекреационная зона.

Рельеф

Территория РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева расположена на юге Клинско-Дмитровской гряды, представляя собой холмистую равнину, являющаяся водоразделом между рекой Москва и рекой Яузой.

Дача расположена на самом высоком в пределах территории академии плоском водораздельном моренном холме с пологим склоном на юго-запад и крутым на северо-восток.

Максимальная отметка высоты холма 175 метров над уровнем моря; минимальная – 160 метров над уровнем моря; что составляет разницу высот в 15 метров в пределах территории ЛОД.

Уровень грунтовых вод при средней для ЛОД высоте над уровнем моря – 166 метров находится на глубине 5 метров.

Выход грунтовых вод на поверхность наблюдается на высоте 165 метров над уровнем моря в виде ключей.

Климат

Большое влияние оказывает на метеорологические показатели Дачи ее расположение в РФ, в городе Москва.

Осадки:

Годовые(средние): 538мм.

Максимальное: в июле и августе.

Минимальное: в январе и феврале.

За период май-август (вегетационный период для яровых культур):269мм.

Число дней с осадками (среднее): 173 дня

Снег: 24% от годовых осадков.

Средняя глубина промерзания почвы открытого места (февраль):40 см

Средняя высота снежного покрова: 50 см.

 

 

III. Экотоксикология цинка

Цинк — элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn (лат. Zincum). Простое вещество цинк (CAS-номер: 7440-66-6) при нормальных условиях —хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

История.

Сплав цинка с медью — латунь — был известен ещё в Древней Греции, Древнем Египте, Индии (VII в.), Китае (XI в.). Долгое время не удавалось выделить чистый цинк. В 1746 А. С. Маргграф разработал способ получения чистого цинка путём прокаливания смеси его окиси с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. В промышленном масштабе выплавка цинка началась в XVII в.

 

Нахождение в природе

Среднее содержание цинк в земной коре (кларк) - 8,3·10-3% по массе, в основных изверженных породах его несколько больше (1,3·10-2%), чем в кислых (6·10-3%). Известно 66 минералов Цинка, важнейшие из них - цинкит, сфалерит, виллемит, каламин, смитсонит, франк-линит ZnFe2O4. Основными минералами цинка являются сульфид цинка ZnS (известный как цинковая обманка или сфалерит) и карбонат цинка ZnCO3 (каламин в Европе, смитсонит в США). Свое название этот минерал получил в честь Джеймса Смитсона, основателя Смитсонианского Института в Вашингтоне. Менее важными минералами являются гемиморфит Zn4Si2O7(OH)2·H2O и франклинит (Zn,Fe)O·Fe2O3.

Цинк - энергичный водный мигрант; особенно характерна его миграция в термальных водах вместе с Рb; из этих вод осаждаются сульфиды цинка, имеющие важное промышленное значение. Цинк также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах; главным осадителем для него является H2S, меньшую роль играет сорбция глинами и другие процессы. Цинк - важный биогенный элемент; в живом веществе содержится в среднем 5·10-4% цинка, но имеются и организмы-концентраторы (например, некоторые фиалки).

Первое место в мире по добыче (16,5% мировой добычи, 1113 тыс. т, 1995) и запасам цинка занимает Канада. Кроме того, богатые месторождения цинка сосредоточены в Китае (13,5%), Австралии (13%), Перу (10%), США (10%), Ирландии (около 3%).

Добыча цинка ведется в 50 странах. В России цинк извлекается из медноколчеданных месторождений Урала, а также из полиметаллических месторождений в горах Южной Сибири и Приморья. Крупные запасы цинка сосредоточены в Рудном Алтае (Восточный Казахстан), на долю которого приходится более 50% добычи цинка в странах СНГ. Цинк добывают также в Азербайджане, Узбекистане (месторождение Алмалык) и Таджикистане

Физические свойства

Металлический цинк обладает характерным голубоватым блеском на свежей поверхности, который он быстро теряет во влажном воздухе. Температура плавления 419,58° С, температура кипения 906,2° С, плотность 7,133 г/см3. При комнатной температуре цинк хрупок, при 100–150° С становится пластичным и легко прокатывается в тонкие листы и проволоку, а при 200–250° С вновь становится очень хрупким и его можно быть истолочь в порошок. Полиморфных модификаций не имеет. Кристаллизуется в гексагональной решетке с параметрами а = 2,6594Å, с = 4,9370Å. Атомный радиус 1,37Å; ионный Zn2+ - 0,83Å. Плотность твердого цинка 7,133 г/см3 (20 °С), жидкого 6,66 г/см3 (419,5 °С); tпл 419,5 °С; tкип 906 °С. Температурный коэффициент линейного расширения 39,7·10-3 (20-250 °С), коэффициент теплопроводности 110,950 вт/(м ·К) 0,265 кал/см·сек·°С (20 °С), удельное электросопротивление 5,9·10-6 ом·см (20 °С), удельная теплоемкость Цинка 25,433 кдж/(кг·К.) [6,07 кал/(г·°С)]. Предел прочности при растяжении 200-250 Мн/м2 (2000-2500 кгс/см2), относительное удлинение 40-50%, твердость по Бринеллю 400-500 Мн/м2(4000-5000 кгс/см2). Цинк диамагнитен, его удельная магнитная восприимчивость -0,175·10-6. Радиус атома Zn 0,139 нм, радиус иона Zn2+ 0,060 нм (координационное число 4), 0,0740 нм (координационное число 6) и 0,090 нм (координационное число 8). Энергии последовательной ионизации атома соответствуют 9,394, 17,964, 39,7, 61,6 и 86,3 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1,66.

Химические свойства

Внешняя электронная конфигурация атома Zn 3d104s2. Степень окисления в соединениях +2. Нормальный окислительно-восстановительный потенциал, равный 0,76 в, характеризует Цинк как активный металл и энергичный восстановитель. На воздухе при температуре до 100 °С Цинк быстро тускнеет, покрываясь поверхностной пленкой основных карбонатов. На воздухе цинк покрывается тонкой пленкой оксида ZnO. При сильном нагревании сгорает с образованием амфотерного белого оксида ZnO.

2Zn + O2 = 2ZnO

Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Цинком на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl2. Нагретая смесь порошка цинка с серой дает сульфид цинк ZnS. Сульфид цинк выпадает в осадок при действии сероводорода на слабокислые или аммиачные водные растворы солей Zn. Гидрид ZnH2 получается при взаимодействии LiАlН4 с Zn(CH3)2 и других соединениями цинка; металлоподобное вещество, разлагающееся при нагревании на элементы.

Нитрид Zn3N2 - черный порошок, образуется при нагревании до 600 °С в токе аммиака; на воздухе устойчив до 750 °С, вода его разлагает. Карбид цинка ZnC2 получен при нагревании цинка в токе ацетилена. Сильные минеральные кислоты энергично растворяют цинк, особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавленной НCl и H2SO4 выделяется Н2, а с НNО3 - кроме того, NO, NO2, NH3. С концентрированной НCl, H2SO4 и HNO3 Цинк реагирует, выделяя соответственно Н2, SO2, NO и NO2. Растворы и расплавы щелочей окисляют цинк с выделением Н2 и образованием растворимых в воде цинкитов. Интенсивность действия кислот и щелочей на цинк зависит от наличия в нем примесей. Чистый цинк менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нем водорода. В воде соли Цинка при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидрооксида Zn(OH)2. Известны комплексные соединения, содержащие Цинк, например [Zn(NH3)4]SО4 и другие.

Оксид цинка реагирует как с растворами кислот:

ZnO + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O

так и щелочами:

ZnO + 2NaOH (сплавление)= Na2ZnO2 + Н2О

Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

и растворами щелочей:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

образуя гидроксоцинкаты. С растворами кислот и щелочей очень чистый цинк не реагирует. Взаимодействие начинается при добавлении нескольких капель раствора сульфата меди CuSO4.

При нагревании цинк взаимодействуют с неметаллами (кроме водорода, углерода и азота). Активно реагирует с кислотами:

Zn + H2SO4(разб.) = ZnSO4 + H2

Цинк – единственный элемент группы, который растворяется в водных растворах щелочей с образованием ионов [Zn(OH)4]2– (гидроксоцинкатов):

Zn + 2OH– + 2H2O = [Zn(OH)4]2– + H2

При растворении металлического цинка в растворе аммиака образуется аммиачный комплекс:

Zn + 4NH3·H2O = [Zn(NH3)4](OH)2 + 2H2O + H2

Производство

Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1-4% Zn в виде сульфида. Руду обогащают, получая цинковый концентрат (50-60%). Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, переводя сульфид цинка в ZnO. От ZnO к Zn идут двумя путями. По пирометаллургическому методу концентрат спекают, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200-1300°C. Затем испарившиеся из печи пары цинка конденсируют. Исходное сырье для получения металлического цинка – сульфидные цинковые и полиметаллические руды. Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации или флотации, затем ее обжигают до образования оксидов:

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + SO2

Образующийся диоксид серы используют в производстве серной кислоты, а оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или выплавляют с коксом. В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты. При этом цинковой пылью осаждают кадмий:

Zn + Cd2+ = Zn2+ + Cd

Затем раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.

Восстановление оксида цинка коксом описывается уравнением:

2ZnO + C = 2Zn + CO2

Для выплавки цинка ранее использовались ряды сильно нагретых горизонтальных реторт периодического действия, затем они были заменены непрерывно действующими вертикальными ретортами (в некоторых случаях, с электрическим подогревом). Эти процессы не были так термически эффективны, как доменный процесс, в котором сжигание топлива для нагрева проводится в той же камере, что и восстановление оксида, однако неизбежная проблема в случае цинка в том, что восстановление оксида цинка углеродом не протекает ниже температуры кипения цинка (этой проблемы нет для железа, меди или свинца), поэтому для конденсации паров нужно последующее охлаждение. Кроме того, в присутствии продуктов сгорания металл повторно окисляется. Эту проблему можно решить, опрыскивая выходящие из печи пары цинка расплавленным свинцом. Это приводит к быстрому охлаждению и растворению цинка, так что повторное окисление цинка сводится к минимуму. Затем цинк почти 99%-й чистоты выделяют в виде жидкости и дополнительно очищают вакуумной дистилляцией до чистоты 99,99%. Весь присутствующий кадмий в ходе дистилляции восстанавливается. Преимущество доменной печи в том, что состав шихты не имеет принципиального значения, поэтому можно использовать смешанные руды цинка и свинца (ZnS и PbS часто находят вместе) для непрерывного производства обоих металлов. Свинец при этом выпускают со дна печи.

Основной способ получения цинка - электролитический (гидрометаллургический). Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного цинка 99,95%, полнота извлечения его из концентрата (при учете переработки отходов) 93-94%. Из отходов производства получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.

Применение

Около половины производимого цинк расходуется на защиту стали от коррозии (цинкование). Поскольку цинк в ряду напряжений стоит до железа, то при попадании оцинкованного железа в коррозионную среду разрушению подвергается цинк. Благодаря хорошим литейным качествам и низкой температуре плавления из цинк отливают под давлением различные мелкие детали самолетов и других машин. Сплавы меди с цинком - латунь, нейзильбер, а также цинка со свинцом и других металлами широко применяются в технике.

Цинк дает с золотом и серебром интерметаллиды (нерастворимые в жидком свинце) и поэтому цинк применяется для рафинирования свинца от благородных металлов. В виде порошка цинк служит восстановителем в ряде химико-технологических процессов: в производстве гидросульфита, при осаждении золота из промышленного цианистых растворов, меди и кадмия при очистке растворов цинкового купороса и других. Многие соединения цинка являются люминофорами, например, три основных цвета на экране кинескопа зависят от ZnS·Ag (синий цвет), ZnSe·Ag (зеленый цвет) и Zn3(PO4)2·Mn (красный цвет). Важными полупроводниковыми материалами служат соединения Цинка типа AIIBVI - ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO. Наиболее распространенные химические источники тока имеют в качестве отрицательного электрода цинк. Спрос на металл остается высоким, благодаря бурному росту производства антикоррозионных покрытий. Для получения таких покрытий используют различные способы: погружение в расплавленный цинк (цинкование горячим способом), электролитическое осаждение, опрыскивание жидким металлом, нагревание с порошком цинка и использование красок, содержащих цинковый порошок. Оцинкованная жесть широко применяется как кровельный материал. Металлический цинк в виде брусков используют для защиты от коррозии стальных изделий, соприкасающихся с морской водой. Большое практическое значение имеют сплавы цинка – латуни (медь плюс 20–50% цинка). Для литья под давлением, помимо латуней, используется быстро растущее число специальных сплавов цинка. Еще одна область применения – производство сухих батарей, хотя в последние годы оно существенно сократилось. Примерно половина всего производимого цинка используется для производства оцинкованной стали, одна треть – в горячем цинковании готовых изделий, остальное – для полосы и проволоки. За последние 20 лет мировой рынок этой продукции вырос более чем в 2 раза, в среднем прибавляя по 3,7 % в год, причем в странах Запада производство металла ежегодно увеличивается на 4,8 %. В настоящее время для цинкования 1 т стального листа нужно в среднем 35 кг цинка. Цинк также используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, т. е. в батарейках и аккумуляторах, например: Марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,85 Вольт, 150Вт/час/кг, 650 Вт/час/дм3, малое сопротивление и колоссальные разрядные токи, ртутно-цинковый элемент(ЭДС 1,35 Вольт, 135 Вт/час/кг, 550—650Вт/час/дм3), диоксисульфатно-ртутный элемент, йодатно-цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент (ЭДС 0,7—1,6 Вольт, 84—127 Вт/час/кг, 410—570 Вт/час/дм3), хром-цинковый элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,82 Вольт, 95—118 Вт/час/кг, 230—295 Вт/час/дм3), свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др). Очень важна роль цинка в цинк-воздушных аккумуляторах, в последние годы интенсивно разрабатываются на основе системы цинк-воздух — аккумуляторы для компьютеров (ноутбуки) и в этой области достигнут значительный успех (большая, чем у литиевых батарей энергия, ресурс и они дешевле в 3 раза), так же эта система очень перспективна для пуска двигателей (свинцовый акк-р 55 Вт/час/кг, цинк-воздух 220—300 Вт/час/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км).

Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры. Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники. Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах. Цинковые сплавы появились и в полиграфии. Так, наряду с сурьмяно-оловянно-свинцовым сплавом гартом для отливки шрифтов используют и так называемый сплав № 3, в котором содержится до 3% алюминия, 1,2—1,6% магния, остальное цинк. Как присыпка издавна применяется цинковая соль стеариновой кислоты. Фенолсульфонат цинка – хороший антисептик. Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка – эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем чистый инсулин. И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид, токсичны.

Биологическое действие

Цинк – одно из наиболее важных биологически активных элементов и необходим для всех форм жизни. Тело взрослого человека содержит около 2 г цинка. Хотя цинксодержащие ферменты присутствуют в большинстве клеток, его концентрация очень мала и поэтому довольно поздно стало понятно, насколько важен этот элемент. Необходимость и незаменимость цинка для человека была установлена 100 лет тому назад. Цинк входит в состав более 40 металлоферментов, катализирующих в организме человека гидролиз пептидов, белков и других соединений. Цинк входит в состав гормона инсулина. Роль цинка в жизнедеятельности организма обусловлена, в основном, тем, что он входит в состав более 40 важных ферментов. Они катализируют гидролиз пептидов, белков, некоторых эфиров и альдегидов. Наибольшее внимание привлекают два цинксодержащих фермента: карбоксипептидаза А и карбоангидраза.

Карбоксипептидаза А катализирует гидролиз концевой пептидной связи в белках в процессе пищеварения. Она имеет относительную молекулярную массу около 34000 и содержит атом цинка, тетраэдрически координированный с двумя гистидиновыми атомами азота, карбоксильным атомом кислорода глутаматного остатка и молекулой воды. Точный механизм ее действия до конца не ясен, несмотря на интенсивное изучение модельных систем, однако принято считать, что первой стадией является координация концевого пептида к атому цинка. Карбоангидраза была первым из открытых цинксодержащих ферментов (1940), она катализирует обратимую реакцию превращения диоксида углерода в угольную кислоту. В эритроцитах млекопитающих прямая реакция (гидратация) протекает при поглощении диоксида углерода кровью в тканях, а обратная реакция (дегидратация) идет, когда диоксид углерода затем высвобождается в легких. Фермент увеличивает скорости этих реакций примерно в миллион раз.

Относительная молекулярная масса фермента составляет около 30 000. Почти сферическая молекула содержит один атом цинка, расположенный в глубоком «кармане» белка, где есть и несколько молекул воды, расположенных в таком же порядке, как во льде. Атом цинка координирован тетраэдрически с тремя имидазольными атомами азота и молекулой воды. Точные детали действия фермента не установлены, однако кажется вероятным, что координированная молекула Н2О ионизируется с образованием Zn–OH–, а нуклеофил ОН– затем реагирует с атомом углерода в СО2 (который может удерживаться в правильном положении водородными связями двух его атомов кислорода) с образованием НСО3–.

В отсутствие фермента данная реакция требует высокого рН. Роль фермента заключается в создании подходящего окружения внутри белкового «кармана», которое способствует диссоциации координированной молекулы воды при рН 7. Позднее была установлена функция цинка в белках, отвечающих за распознавание последовательности оснований в ДНК и, следовательно, регулирующих перенос генетической информации в ходе репликации ДНК. Эти белки с так называемыми «цинковыми пальцами» содержат 9 или 10 ионов Zn2+, каждый из которых, координируясь с 4 аминокислотами, стабилизирует выступающую складку («палец») белка. Белок обертывается вокруг двойной спирали ДНК, при этом каждый из «пальцев» связывается с ДНК. Их расположение совпадает с последовательностью оснований в ДНК, что обеспечивает точное распознавание.

Цинк участвует в углеводном обмене с помощью цинксодержащего гормона – инсулина. Только в присутствии цинка действует витамин А. Этот элемент необходим для формирования костей. Кроме того, он проявляет антивирусное и антитоксическое действие.

Цинк влияет на вкус и обоняние. Из-за нехватки цинка, необходимого для полноценного развития плода, многие женщины в первые 3 месяца беременности жалуются на капризы вкуса и обоняния.

Считается, что существует определенная связь между умственными и физическими способностями человека и содержанием цинка в его организме. Так, у хорошо успевающих студентов в волосах содержится больше цинка, чем у студентов отстающих. У больных ревматизмом и артритом наблюдается понижение уровня цинка в крови. Дефицит цинка может быть вызван нарушением деятельности щитовидной железы, болезнями печени, плохим усвоением, недостатком цинка в воде и пище, а также слишком большим количеством фитина в продуктах питания (фитин связывает цинк, затрудняя его усвоение). Алкоголь также понижает уровень цинка в организме, особенно в мышцах и плазме крови. Цинк необходим организму в количестве 10–20 мг в день, однако лекарствами восполнить недостаток цинка очень трудно. В естественных сочетаниях цинк содержится только в пище, что и определяет его усвояемость. Наиболее богаты цинком мясо, печень, молоко, яйца. В организме существует конкуренция между цинком и медью, а также железом. Поэтому, употребляя богатую цинком пищу, следует дополнить диету пищей, богатой медью и железом. Нельзя применять цинк вместе с селеном, так как два этих элемента взаимодействуют друг с другом и выводятся из организма.

 

Антропогенный запас цинка.

Т = 5*S*h*ρ*C, где S – площадь (0,5 га), h – высота (10 см), ρ – плотность (1г/см³), С – концентрация элемента (мг/см).

1 гектар пахотного слоя весит 3000 т (3000000 кг) при глубине пахоты 20-22 см, высота составляет 10 см, то 3000000/2 = 1500 т (1500000 кг)

Первая пробная площадь.

1 кг^______640 мг/кг

1500000^_____Х Х = 1500000*640/1 = 960000000мг/кг = 0,96 т/га

Т₁ = 5*0,5*0,96 = 2,4т/га

Вторая пробная площадь

1 кг^_______680 мг/кг

1500000^_____Х Х = 1500000*680/1 = 1020000000мг/кг = 1,02 т/га

Т₂ = 5*0,5*1,02 = 2,55т/га

Третья пробная площадь

1 кг^_______590 мг/кг

1500000^_____Х Х = 1500000*590/1 = 885000000мг/кг = 0,885т/га

Т₃= 5*0,5*0,885 = 2,2125т/га

Четвертая пробная площадь

1кг^_______220мг/кг

1500000^______Х Х = 1500000*220/1 = 330000000мг/кг = 0,33т/га

Т₄ = 5*0,5*0,33 = 0,825т/га

Пятая пробная площадь

1кг^________180мг/кг

1500000^______Х Х = 1500000*180/1 = 270000000мг/кг = 0,27т/га

Т₅ = 5*0,5*0,27 = 0,675т/га

Заключение

Данная работа дает лучше понять как экологическую обстановку северного округа в целом, так и отдельной его части – Лесной Опытной дачи, которая в свою очередь является не только показателем обстановки САО, но и впринципе заповедников, сделанная по пренебрежению людьми в последствии лесопарковой зоны и на настоящий момент не является тем образцом экологически чистого «островка» столицы, хотя и продолжает выполнять функцию «легких».

Самой большой проблемой округа является мусоросжигательный завод, выделяющий в атмосферу диоксины, являющиеся главной причиной разрушения тонкого озонового слоя. Чтобы этого не происходило, есть два пути: 1) перестроить мусоросжигательный завод, чтобы тот работал при температуре, равной 1400⁰С (при которой разрушаются диоксины), 2) сделать новый мусоросжигательный завод, как делают большинство европейских стран.

Так же необходимо пересмотреть положение с автотранспортными дорогами на территории САО. Поскольку именно в этом округе сосредоточены четыре автомагистрали, то утром и вечером при «пробках» происходит мощный выброс выхлопов транспорта.

Из полученных результатов следует, что на всех пробных территориях есть превышение концентрации цинка.

 

Список используемой литературы

1. Экология и проблемы большого города – М.:1992

2. http//microelements.ru/Zn

3. http://www.timacad.ru

4. Голубев И.Р Новиков Ю.В. Окружающая среда и ее охрана. – М.:1992

5. Николайкин Н.И. Экология. – М.:, Дрофа,2004.

6. Криксунов Е.А., Москва, 1995 г.

7. Кормилицын В.И. Основы экологии. 1997.

8. В.Г. Каплин. Основы экотоксикологии., 2007

9. Т.И. Моисеенко. Водная экотоксикология. Теоретические и прикладные аспекты, 2009

 

Введение

В большом городе действительно очень мало, где можно встретить столь удивительный по почвенным показателям заповедник. Но Лесная опытная дача Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева является уникальной зоной в своем роде (ни в одном городе нет такого), поскольку разница высот составляет 15 метров, что обеспечивает необычный водный режим, которого нет в других заповедниках.

Но со временем окончания Великой Отечественной войны, когда Москва начали подниматься, стали расти промышленные производства, которые влекли за собой огромное количество выбросов в воздух. С тех пор начал портиться атмосферный воздух по многим показателям, что приводило к ухудшению экологии лесной опытной дачи. Лесная опытная дача ощущала на себе натиск огромного города.

В настоящий момент в городе Москве произошла «экологизация» предприятий, хотя далеко не все предприятия заботятся об устранении вредных выбросов. Так, например, ТЕЦ-21, расположенный в Северном автономном округе. Большую же опасность влечет за собой мусоросжигательный завод, который, несмотря на недавнюю реконструкцию, не переоборудован на более экологическую работу.

Однако самое негативное влияние по всем показателям несет за собой автотранспорт в данном округе.

 

I. Общие сведения по Лесной Опытной даче

История Лесной опытной дачи

Лесной массив в Петровско-Разумовском существовал задолго до основания Петровской земледельческой и лесной академии. Вновь созданному в 1865 году вузу он достался с большими порубками в войну 1812 года и после хозяйствования П.А. фон Шульца в 1828-1860 гг. Во время подготовки бывшей усадьбы к учебному процессу, в 1862 году (т.е. за три года от открытия «Петровки») ученый-лесовод А.Р.Варгас де Бедемар руководил детальной геодезической съемкой, в результате которой лесной массив был разбит на 14 кварталов, разделенных просеками, сохранившимися до наших дней. По кварталам был произведен учет древесных пород, их состав и возраст. В 1863 году А.Р.Варгас де Бедемар заложил первые пробные площади для многолетних наблюдений и определил направления исследований. В виду медленности в росте лесов, каждый лесной опыт мог быть проведен только трудами нескольких поколений. Постоянные пробные площади с лиственницами в смеси с другими деревьями, заложенные первым деканом лесного отделения Петровской академии В.Т.Собичевским, выявили, что лиственница хорошо развивается в нашем климате. Она проявила себя как продуктивная культура с высокой устойчивостью к неблагоприятным городским условиям.

Имена заведующих Дачей в период с 1865 года по 1940 год.

· Профессор В. Т. Собичевский: 1865-1881гг.

· Профессор В.Е. Графф: 1866-1867гг.

· Профессор М.К. Турский: 1881-1899гг.

· Профессор Н.С. Нестеров: 1900-1926гг.

· Профессор Г.Р. Эйтинген: 1928-1940гг.

 

По прошествии 1940 года заведующий ЛОД стал профессор В.П. Тимофеев.

На лесной опытной даче сохранились 130-летние насаждения. Одной из господствующих пород Лесной опытной дачи является сосна, большие площади занимает ель, другие хвойные породы (лиственница, пихта др.) и лиственные породы (береза, дуб, липа и др.).

Свыше 100 пробных площадей были заложены профессором М.К.Турским. Это опыты для изучения роста лесов (сосны и ели), способов лесоразведения – высева семян и посадки саженцев разного возраста, а также исследования по акклиматизации растений (пихта, кедр, веймутова сосна и др.), влияния места, происхождения семян и испытаний целой коллекции разного вида сосен. Проблемой акклиматизации неместных пород деревьев на Лесной даче занимались практически все ученые-лесоводы академии. Свыше 50 древесных пород и 22 вида кустарников были высажены на пробных площадях. Профессором Н.С.Нестеровым помимо продолжения опытов своих предшественников и расширения исследования акклиматизации деревьев, с особенной тщательностью и успехом проделан учет плодоношения лесных пород сосен, ели и дуба. Особый интерес представляет собою изучение им влияния леса на водный круговорот в природе. С помощью десятков дождемеров, почвенных скважин и измерения движения воды в ручьях и оврагах, подробно изучены – движение грунтовых вод, стечение дождевых осадков, ход и характер таяния снежного покрова. Помимо огромного значения этих исследований для практического лесоводства, они дали много для понимания причин, влияющих на обилие воды в реках и позволили, например, предсказать огромное наводнение в 1908 году, затопившее значительную часть Москвы. Н.С.Нестеров был организатором исследований гидроклиматической роли леса в бассейне реки Жа<