Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Круговорот веществ в биосфере↑ ⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3 Содержание книги
Поиск на нашем сайте
Пример 6.1. Дайте характеристику круговороту фосфора в био-сфере. Решение
1. Значение данного процесса для биосферы. Фосфор – очень важный элемент для всего живого. Элемент жизни на Земле, поскольку участвует в образовании и превращении азотистых веществ и углеводов в живых тканях – биосинтез белков, нуклеиновых кислот, играющих главную роль в хранении и передаче наследственной информации и обеспечивающих синтез белков в клетках, пептидов и др. Фосфор входит в состав скелета, тканей мозга, хромосом, ферментов, вирусов, протоплазмы живой клетки. По сравнению с азотом, фосфор относительно редкий элемент, напри-мер, отношение Р: N в природных водах составляет примерно 1: 23. 2. Движущая сила круговорота. Как и для других процессов в биосфере это солнечная энергия. 3. Описываем основные переходы в круговороте фосфора. Про-цесс представлен на рис. 3. П 2. Происходит фотосинтез растениями и их переход по трофической цепи к животным. Остатки растений и животных за счет фосфатредуцирующих бактерий переводят в растворенные фосфаты, и частично в осадки. Туда же попадают экскреции, костные остатки не только животных, но и птиц, в том числе морских. Осадки глубоководные выходят из круговорота («тупик»), мелководные – опять в него вовлекаются в виде морских птиц и рыб. Растворенные фосфаты используются в построении протоплазмы – выход к растениям. 4. Объясняем механизм физико-химических или биохимических превращений. Энергетической основой миграции фосфора в цикле является фотосинтез. Фосфор играет важную роль в этом процессе, при протекании которого с участием зеленого вещества – хлорофилла образуется аденозиндифосфат (АДФ): ОН ОН | | R―O―P―O―P―OH, || || O O где R – радикал аденозина С10Н12N5О3.
В живой клетке образуется энергоноситель – аденозинтрифос-фат (АТФ):
Переход аденозиндифосфата (АДФ) в аденозинтрифосфат (АТФ) отражает уравнение:
АДФ + Н3РО4 + Е АТФ + Н2О.
Синтез идет с утратой части энергии АТФ:
АТФ + Н2О + СО2 → АДФ + сахар + О2.
Образование природных залежей фосфоритов происходит в результате разложения на дне океана отмерших морских организмов: 3(NH4)2CO3 + Ca3(PO4)2 = 3CaCO3 + 2(NH4)3PO4. Фосфат аммония, реагируя с известковыми раковинами и скелетными частями детрита, образует фосфорит: 2(NH4)3PO4 + 3CaCO3 = Ca3(PO4)2 + 3(NH4)2CO3. детрит 5. Антропогенный фактор. Значительная роль как в концентрировании, так и в рассеивании содержащих фосфор веществ принадлежит человеку, который воздействует на самые различные стадии круговорота фосфора, начиная от реакции его получения: 3Са3(РО4)2 + 6SiО2 + 10С = Р4 + 6СаSiО3 + 10СО и процессов горения 10NO + 4P = 5N2 + 2P2O5. Важное соединение фосфониевого ряда, используемое для пропитки огнезащитных тканей, получается по реакции: РН3 + 4НСНО = НСl (гидр.) → [P(CH2OH)4] + Cl .
Производные трифенилфосфина применяют в синтезе олефинов по реакции Виттинга: [(C6H5)3PCH3] Br (C6H5)3P=CH2;
Цвиттерионные соединения Оксид трифенилфосфина
Другой важный компонент антропогенного воздействия на круговорот фосфора – производство и применение удобрений. Рассмотрим процессы при производстве простого суперфосфата: 2Са5F(PO4)3 + 7H2SO4 + 6,5H2O → 3[Ca(H2PO4)2∙H2O] + + 7[CaSO4∙0,5H2O] + 2HF; H = –227,4 кДж. Реакция идет в две стадии. В первой стадии 70 % апатита реагирует с серной кислотой: Са5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 2,5H2O → 5[CaSO4∙0,5H2O] + + 3Н3РО4 + НF. Во второй стадии реагируют оставшиеся 30 %: Са5F(PO4)3 + 7Н3РО4 + 5Н2О → 5[Ca(H2PO4)2∙H2O] + HF. Прогрессивным методом в переработке фосфатного сырья является азотнокислое разложение: Са5F(PO4)3 + 10HNO3 → 3H3PO4 + 5Ca(NO3)2 + HF. Полученную азотнокислотную вытяжку обрабатывают аммиаком, сульфатом или хлоридом калия и получают тройное NРК-удобрение – нитроаммофоску. В машино- и приборостроении широко применяются процессы полу-чения приработочного слоя за счет фосфатирования, химического и электролитического восстановления сплавов фосфора с кобальтом, обладающих ценными магнитными свойствами.
6. Задачи перед человеком, связанные с круговоротом фосфора. В целом, за счет антропогенного фактора континентальный цикл фосфора во многом нарушен, большей частью из-за вырубки лесов, использования удобрений, морских промыслов. Особо опасно нефтяное загрязнение вод мирового океана, которое уменьшает его биологическую продуктивность и снижает уровень гидробиохимического круговорота фосфора. Природные фосфаты имеют ограниченные запасы, которые могут истощиться при современном темпе вывода их из естественного круговорота фосфора за 75–100 лет. Это с учетом огромного значения фосфора для жизнедеятельности живого вещества, требует бережного к ним отношения. Как заметил образно Э. Диви мл. «… фосфор слишком драгоценен, чтобы отдавать его на съедение сине-зеленым водорослям». Важная проблема, стоящая перед человеком, – корректировка ресурсного цикла с тем, чтобы поддерживать естественный круговорот фосфора.
Пример 6.2. Рассчитайте долю данных по вопросу: «Техногенные факторы» в общем круговороте азота в биосфере (табл. П.3-11), дайте характеристику их роли в этом процессе.
Решение
Техногенные факторы представлены в цикле азота в биосфере (табл. П.3-11) следующими процессами: - техногенная аккумуляция: а) при сжигании топлива 22,8 млн т/год; б) при производстве удобрений 41,8 млн т/год; - антропогенные выбросы 15 млн т/год. Общие запасы азота составляют: в атмосфере (38-40)∙105 Гт (примем среднее значение 39∙105 Гт или 39∙1014 т); в почве 280 Гт (280∙109 т); в фотическом слое океана 2800 Гт (2800∙109 т); в глубинных слоях океана 36400 Гт или 36400∙109 т. Всего: 109(3900000 + 280 + 2800 + 36400) = 3,93948∙1015 т.
Рассчитаем поступление азота в круговорот в связанном виде и вывод из круговорота в виде N2. В расчете потоков не учитываем атмосферную фиксацию, обмены, стоки.
Поступление азота в круговорот, млн т/год: - производство удобрений 41,8; - биофиксация на суше 20,3; в океане 10; атмосфере 40; - лизис детрита в океане в фотическом слое 5, глубоком 7,8; - антропогенные выбросы 15. Всего: 139,9 млн т/год.
Вывод азота из круговорота в виде N2, млн т/год: - сжигание топлива 22,8; - разложение организмов 42,2; - жизнедеятельность организмов в океане 0,3, на суше 0,1; - денитрификация на суше 4,0, в океане 3,6; - выпадение в осадки 0,5. Всего: 167,7 млн т/год.
Превышение расхода азота над поступлением: 167,7 – 139,9 = 27,8 млн т/год. Поскольку запасы азота велики (3, 93948∙1015 т), то эта убыль не катастрофична, хотя и ведет к их расходу.
Техногенные факторы: Поступление в круговорот, млн т/год – производство удобрений 41,8; антропогенные выбросы 15. Пример выбросов – синтез аммиака: N2 (г) + 3Н2 (г) 2NH3 (г).
Всего: 56,8 млн т/год или общего поступления азота в цикл: Вывод из круговорота – сжигание топлива, 22,8 млн т/год. Потери азота в цикле вызываются сгоранием топлива, например, фурана в жидкостном реактивном двигателе: С4Н4О + 3,6 HNO3 = 4СО2 + 3,8Н2О + 1,8N2, широким применением взрывчатых веществ, в частности амматола: С7Н113,4N57,2O87,3Al4,7 → 7CO2+ 56,7H2O + 28,6N2 + 2,35Al2O3 + 4,77O2. Доля техногенных потерь в общих потерях: Но эта доля существенно выше в величине превышения расхода азота над поступлением:
Вывод: Техногенное влияние на цикл азота в биосфере: ввод в круговорот 40,6 %; вывод 11,1 %. Вывод из круговорота в целом превышает поступление на 27,8 млн т и доля техногенной составляющей в нем 82,0 %. Поэтому, хотя запасы азота в биосфере велики (3, 93948∙1015 т), их убыль нежелательна, так как ведет к нарушению природных циклов, поэтому желательно вводить альтернативные источники энергии, уменьшив сжигание топлива.
Задача 6.1. Для заданной схемы круговорота дайте ответы на вопросы 1–3 или 4–6, согласно задания: 1. Значение данного процесса для биосферы. 2. Движущая сила круговорота. 3. Опишите основные переходы в круговороте. 4. Объясните механизм физико-химических или биохимических превращений. 5. Антропогенный фактор. 6. Задачи перед человеком, связанные с рассматриваемым процессом.
Задача 6.2. Рассчитайте долю данных по заданному вопросу в общем круговороте, дайте характеристику их роли в этом процессе (по табл. П. 3-11). Вопросы: 1. Поступление в круговорот. 2. Биологическая фиксация. 3. Денитрификация. 4. Атмосферная фиксация. 5. Обмен между фотическим и глубинным слоями океана. 6. Техногенные факторы. 7. Поглощение наземной растительностью. 8. Участие в дыхании. 9. Процессы в гидросфере. 10. Выбросы в атмосферу. 11. Выпадение с осадками. 12. Выделение при разложении органического мертвого вещества. 13. Выделение при разложении детрита в океане. 14. Обменные процессы в океане. 15. Биологическое разложение и выделение SO . 16. Фотосинтез в океане и на суше. 17. Окисление органики техногенное. 18. Испарение воды за счет культурной растительности. 19. Безвозвратное водопотребление населением. 20. Суммарный водоотбор на промышленные нужды. 22. Транзит влаги через континенты. 23. Усвоение растительностью.
ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА
Пример 7.1. В 100 г филе судака содержится 200 мг калия. Суточная потребность человека в калии 3000 мг. Сколько надо съесть мяса судака, чтобы компенсировать суточную потребность человека в калии? Решение
Составляем и решаем пропорцию: 100 г мяса содержат 200 мг калия Х -«- -«- -«- 3000 мг калия Х = = 1500 г мяса.
Пример 7.2. Рассчитайте энергетическую ценность хлеба столового 1 сорта. Состав хлеба: белков 7,06 %, жиров 1,2 %, углеводов 48,9 %, органических кислот 0,72 %.
Решение
Энергетическая ценность – это количество энергии (ккал или кДж), высвобождаемой в организме человека из пищевых веществ продуктов питания для обеспечения его физиологических функций. Для расчета энергетической ценности пищевого продукта необходимо знать его химический состав и энергетическую ценность пищевых веществ (табл. 7.1). Т а б л и ц а 7.1 Энергетическая ценность пищевых веществ
Энергетическую ценность пищевого продукта рассчитываем по формуле ЭЦ = Б×4,0 + Ж×9,0 + У×4,0 + ОК×3,0, (6.1) где: ЭЦ – энергетическая ценность 100 г пищевого продукта, ккал; Б – содержание белков, г/100 г продукта; Ж – содержание жиров, г/100 г продукта; У – содержание усвояемых углеводов, г/100 г продукта; ОК – содержание органических кислот, г/100 г продукта. Коэффициент перевода ккал в кДж равен 4,184.
Решение
1. Подставляем в формулу 1 данные задачи.
ЭЦ = 7,06×4,0 + 1,2×9,0 + 48,9×4,0 + 0,72×3,0 = 219,45 ккал.
2. Переводим ккал в кДж
219,45×4,184 = 918,179 кДж.
3. Ответ: энергетическая ценность 100 г хлеба столового 1 сорта составляет 219,45 ккал или 918,179 кДж.
Задача 7.1. Сколько нужно съесть продукта питания, чтобы компенсировать суточную потребность человека в указанном нутриенте?
Задача 7.2. Рассчитайте энергетическую ценность продукта по данным вашего варианта.
ВОПРОСЫ
1. Что такое острое отравление? 2. Что такое хроническое отравление? 3. Какие вещества называют канцерогенами? Какие заболевания они вызывают? 4. Какие вещества называют мутагенами? К каким последствиям они приводят при поступлении в организм? 5. Какие вещества называют тератогенами? К каким последствиям они приводят при поступлении в организм? 6. Что понимают под суммарным действием разных факторов на организм? 7. Что понимают под синергетическим эффектом воздействия разных факторов на организм? 8. Какой вред организму приносит электромагнитное загрязнение окружающей среды? 9. К чему приводит слабая освещенность рабочего места? 10. Какие пути поступления в организм токсичных веществ вы знаете? 11. Проявляют ли бензин и дихлорэтан наркотическое действие на организм? 12. Перечислите наиболее токсичные элементы. 13. Способна ли ртуть накапливаться в организме? Последствия накопления. 14. Какой путь поступления ртути в организм наиболее опасен? 15. Почему возникает дефицит йода в организме и какие последствия наблюдаются при этом? Какие продукты питания являются источником йода? 16. Какие продукты питания являются источником железа и какова его роль в организме? 17. Какие продукты питания являются источником кальция и какова его роль в организме? 18. Какую роль в пищеварении играет клетчатка и пектиновые вещества? 19. Что такое генетически модифицированные продукты питания? В чем может заключаться их опасность для человека? Приведите примеры генетически модифицированных продуктов питания. 20. Суточная потребность человека в углеводах 450 г, в черном хлебе содержится 40 % углеводов. Сколько нужно съесть хлеба, чтобы компенсировать суточную потребность человека в углеводах? 21. Суточная потребность человека в растительных белках 85 г, в черном хлебе содержится 7 % белков. Сколько нужно съесть хлеба, чтобы компенсировать суточную потребность человека в растительных белках? 22. Суточная потребность человека в животных белках примерно 40 г, в говядине содержится 20 % белков. Сколько нужно съесть мяса, чтобы компенсировать суточную потребность человека в животных белках?
ЭКОЛОГИЯ И ЭКОНОМИКА
Пример 8.1. Рассчитайте экономическую эффективность строи-тельства очистных сооружений, если текущие затраты С составляют 120 млн руб/год, капитальные затраты К = 30 млн руб/год, ущерб до проведения природоохранных мероприятий для атмосферного воздуха У1 составляет 10 млн руб/год, для водной среды У2 = 0, для земли У3 = 5 млн руб/год, для флоры и фауны У4 = 25 млн руб/год. После строительства очистных сооружений ущерб для атмосферного воздуха У’1 составил 0,2 млн руб/год, для водной среды У’2 = 0, для земли У’3 = 1 млн руб/год, для флоры и фауны У’4 = 10 млн руб/год. Коэффициент эффективности Е = 0,12.
Решение
Экономическая эффективность природоохранных мероприятий рассчитывается с помощью оценки экономического ущерба. Эконо-мический ущерб – выраженные в стоимостной форме фактические и возможные убытки, причиняемые народному хозяйству загрязнением окружающей среды или дополнительные затраты на компенсацию этих убытков. Экономическая эффективность природоохранных мероприятий рассчитывается по формуле: Э = где ∑ΔУ i – сумма уменьшений ущерба в расчете за год; З – затраты на восстановление окружающей среды.
ΣΔУi= У1+У2+У3+У4 –(У’1+У’2+У’3+У’4),
где У1 + У2 + У3 + У4 – ущерб до проведения природоохранных меро-приятий; У’1+У’2+У’3+У’4 – ущерб после проведения природо-охранных мероприятий.
З = С + КЕ n,
где С – текущие затраты на содержание природоохранного оборудования за год, например, оплата электроэнергии, заработная плата и т.д.); К – капитальные затраты; Е n – нормативный коэффициент эффективности. С помощью этого коэффициента капитальные затраты усредняются за год. Может принимать значения от 0,12 до 0,15. При Э ≥ 1 природоохранное мероприятие эффективно, при Э < 1 неэффективно.
Подставляем данные в задаче значения в формулы
ΣΔУi = 10+0+5+25 – (0,2+0+1+10) = 28,8. З = 120 + 30×0,12 = 123,6. Э = = 0,23. Э < 1, значит строительство очистных сооружений неэф-фективно.
Пример 8.2. Рассчитайте риск вероятной аварии R (вероятность Р = 0,95), год-1 при теоретическом ущербе от риска У = 100 млн руб. и предполагаемых коэффициентах риска m = 10 и n = 2.
Решение
Риск любого явления вычисляется по формуле
R = Pm У n, где Р – вероятность наступления аварии; У – ущерб, который понесет общество в результате аварии; m и n – предполагаемые коэффициенты от риска. Чем больше ущерб, тем менее вероятна авария и тем авария крупнее. Вероятность крупных аварий мала. Вероятность же мелких аварий велика.
R = 0,9510 × 1002 млн руб = 0,5987 × 10 000 = 5987 млн руб/год.
Задача 8.1. Рассчитайте экономическую эффективность строи-тельства очистных сооружений по своему варианту, если текущие затраты С, капитальные затраты К, ущерб до строительства для атмосферного воздуха составляет У1, для водной среды У2, для земли У3, ущерб для флоры и фауны У4. После строительства очистных сооружений ущерб для атмосферного воздуха составляет У’1, для водной среды У’2, для земли У’3, для флоры и фауны У’4. Коэффициент эффективности строительства Е.
Задача 8.2. Рассчитайте риск вероятной аварии R (вероят-ность Р), год-1 при теоретическом ущербе от риска У и предпола-гаемых коэффициентах риска m, n.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
Т а б л и ц а 1. П.1
Класс опасности и ПДК некоторых веществ
Продолжение прилож. П.1
Т а б л и ц а 2. П. 1
Предельно допустимые концентрации ионов загрязняющих веществ в воде хозяйственно-питьевого назначения
Т а б л и ц а 3. П.1
Характеристика запасов и потоков азота в биосфере (по модели Global)
Т а б л и ц а 4. П.1
Запасы и потоки углерода в биосфере (по модели Global)
Т а б л и ц а 5. П.1
Резервуары и потоки серы в биосфере (по модели Sulphu)
|