Предмет экологии, ее структура, задачи экологии

Конспект лекций

по дисциплине

«Экология»

 

Трудоёмкость:

Кредитов по рабочему учебному плану (РУП):            3 ЗЕ

Часов по рабочему учебному плану (РУП):                              108

 

Виды контроля: зачет

 

 

Пермь 2019

СОДЕРЖАНИЕ

Лекция 1. Общие вопросы экологии.. 4

1.1. Предмет экологии, ее структура, задачи экологии. 4

1.2. Основные понятия экологии. 4

1.3. Признаки популяции. 5

1.4. Учение о биосфере. Строение Биосферы. Ноосфера. 7

1.5. Состав и структура экосистем.. 8

1.6. Трофическая цепь. 9

1.7. Энергетика и продукция экосистемы. Экологические пирамиды.. 9

1.8. Виды экосистем.. 10

1.9. Динамические процессы в экосистемах. Подвижность экосистемы. Гомеостаз, сукцессия, климакс 11

1.10. Понятие экологический фактор. Классификация экологических факторов. 13

1.11. Абиотические факторы окружающей среды.. 13

1.12. Биотические факторы окружающей среды.. 16

1.13. Антропогенные экологические факторы.. 18

1.14. Закон лимитирующего фактора (закон Либиха) 18

1.15. Закон толерантности (закон Шелфорда) 19

1.16. Толерантность. 19

1.17. Адаптация. 20

Лекция 2. Природные ресурсы и АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на окружающую среду 20

2.1. Понятие и классификация природных ресурсов. 20

2.2. Основные виды природных ресурсов. 21

2.3. Основные виды антропогенных воздействий на биосферу. 22

2.4. Загрязнения. 23

2.5. Виды и характер загрязнения окружающей среды.. 23

2.6. Приоритетные загрязняющие вещества. 23

2.7. Глобальные экологические проблемы.. 24

2.8. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды.. 29

2.9. Концепция устойчивого развития. 31

Лекция 3. Санитарно-гигиеническое нормирование.. 31

3.1. Действия загрязняющих веществ на организм человека. 31

3.2. Экологическое нормирование. 33

3.3. Санитарно-гигиеническое нормирование. 33

3.4. Нормирование загрязняющих веществ в воздухе. 33

3.5. Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах. 34

3.6. Нормирование загрязняющих веществ в почве. 35

3.7. Нормирование физических воздействий. 35

3.8. Оценка загрязненности атмосферного воздуха и воды.. 35

3.9. Регламентация выбросов загрязнений в окружающую среду. 35

3.10. Санитарно-защитные зоны.. 36

3.11. Наилучшие доступные технологии. 37

3.12. Технологические нормативы и технические нормативы выбросов и сбросов. 38

Лекция 4. Защита атмосферного воздуха.. 38

4.1. Охрана атмосферного воздуха. 38

4.2. Загрязнение атмосферного воздуха. 38

4.3. Смог. 39

4.4. Пылегазоочистное оборудование. 39

Лекция 5. Защита водных объектов.. 46

5.1. Загрязнение гидросферы.. 46

5.2. Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод. 47

5.3. Экологические последствия загрязнения пресноводных экосистем. Эвтрофикация. 48

5.4. Экологические последствия загрязнения морских экосистем.. 49

5.5. Истощение подземных и поверхностных вод. 49

5.6. Создание водохранилищ.. 50

5.7. Очистка сточных вод. 50

Лекция 6. Защита почв и обращение с отходами.. 54

6.1. Воздействия на литосферу. 54

6.2. Воздействия на почвы.. 54

6.3. Эрозия почв. 54

6.4. Загрязнение почв. 55

6.5. Вторичное засоление и заболачивание почв. 56

6.6. Опустынивание и отчуждение земель. 56

6.7. Воздействия на недра. 56

6.8. Проблема отходов. 57

6.9. Классификация отходов. 57

6.10. Основные принципы обращения с отходами. 57

6.11. Санитарная очистка территории населенных мест. 58

Лекция 7. Нормативно-правовые и экономические механизмы обеспечения экологической безопасности.. 60

7.1. Жизненный цикл техногенных объектов. 60

7.2. Оценка воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду. 60

7.3. Экологическая экспертиза. 61

7.4. Экологический мониторинг. 61

7.5. Экологический контроль. 62

7.6. Экономические механизмы природопользования. 62

7.7. Экологическое право. 64

7.8. Экологический менеджмент и аудит. 65

Лекция 8. Региональные аспекты экологической безопасности.. 66

8.1. Полезные ископаемые Пермского края. 66

8.2. Земельные ресурсы.. 66

8.3. Водные ресурсы.. 67

8.4. Биологические ресурсы.. 67

8.5. Лесные ресурсы.. 67

8.6. Состояние атмосферного воздуха. 67

8.7. Состояние водных объектов. 68

8.8. Радиационный фон. 68

8.9. Отходы производства и потребления. 68

8.10. Природные комплексы.. 68

 

Лекция 1. Общие вопросы экологии

Основные понятия экологии

Вид – совокупность особей, обладающих общими морфофизиологическими признаками, занимающих свою область обитания, способных в природных условиях скрещиваться друг с другом.

Популяция – совокупность особей одного вида, объединённых общими условиями существования.

Биоценоз – совокупность популяций, которая функционирует в определённом пространстве абиотической среды – биотопе. Биоценоз и биотоп функционируют как единое целое или экосистема.

Экосистема – совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной связи друг с другом. Примером экосистемы могут быть лес, луг, озеро.

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира, и мира микроорганизмов), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы.

Понятие экосистема и биогеоценоз не синонимы: экосистема – это капля воды с микроорганизмами, лес, горшок, биологические очистные сооружения, космический корабль, но при этом биогеоценозом они не являются. Экосистема может включать несколько биогеоценозов. Т. о. понятие «экосистема» шире, чем биогеоценоз, т.е. любой биогеоценоз является экосистемой, но не любая экосистема может считаться биогеоценозом, причем биогеоценозы – это сугубо наземные образования, имеющие свои четкие границы.

Биосфера – (bios – жизнь, spharia – шар) – это сумма экосистем, включающая все живые организмы, взаимосвязанные с физической средой Земли. Оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы, гидросферу. В своей основе биосфера представляет собой результат взаимодействия живой и неживой материи.

Признаки популяции

Популяция характеризуется рядом признаков

Признак популяции	На примере человеческой популяции
Плотность – количество особей или биомассы на единицу площади, распределение в пространстве	Плотность населения – число жителей, приходящееся на 1 км² территории. В России плотность населения – 8,58 чел/км²
Рождаемость – число особей, рожденных в популяции за некоторый промежуток времени	Количества рождений на 1000 жителей за определенный период. В России в 2018 г. – 10,9 новорожденных на 1000 чел. в год
Смертность – число особей, погибших в популяции за единицу времени	Количества смертей на 1000 жителей за определенный период. В России в 2018 г. – 12,9 умерших на 1000 чел. в год
Структура популяции – возрастная, половая, размерная	Половозрастная структура населения России (рис.)
Кривая роста – изменение (увеличение) численности популяции со временем	Динамика численности населения России (рис.)
Кривая выживания – изменение (уменьшение) численности группы особей, родившихся в один и тот же момент времени за определённый промежуток времени

 

Структура популяции

Для исследования возpастных стpуктуp популяций используют гpафические пpиемы, напpимеp, возpастные пиpамиды популяции, шиpоко используемые в демогpафических исследованиях (рис.). Возрастной состав популяции – соотношение разных возрастных групп. В быстрорастущих популяциях значительную долю составляют молодые особи, в популяциях, находящихся в стабильном состоянии, возрастное распределение равномерно, а в отмирающих содержится большая доля старых особей.

Рис. Возрастные пирамиды популяции:

А - массовое размножение,

В - стабильная популяция,

С - сокращающаяся популяция.

 

Рис. Половозрастная структура населения России

 

Кривая роста

Любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды. В таком гипотетическом случае скорость роста популяции будет зависеть только от величины биотического потенциала, свойственного виду.

Темп роста численности популяции с самого начала высокий и постоянный, не зависящий от нарастающей плотности, что соответствует лавинообразному, по экспоненте, увеличению численности популяции при условии изобилии пиши. При достижении же определенной плотности рост популяции прекращается, так как среда обитания оказывает ограничивающее влияние (например, из-за отсутствия пищи). К – поддерживающая емкость среды, т.е. максимальный размер популяции, которая может существовать в данных условиях, удовлетворяя свои потребности неопределенно долго.

Рис. Кривая роста популяции

Кривая роста численности населения стран не всегда подчиняется этим законам ввиду множества действующих факторов.

Рис. Динамика роста численности населения России

 

Кривая выживания

Кривая выживания – это один из способов представления демографической структуры популяции. А – выпуклая кривая (гибель в основном происходит в конце жизни) – например, человек, многие млекопитающие, у которых рождается мало детенышей. Б – условно прямая (смертность особей практически постоянна) – например, мыши, гидры. В – вогнутая кривая (смертность очень высока на ранних стадиях) – например, рыбы, моллюски, дуб. Форма кривой выживания связана со степенью родительской заботы или с другими механизмами защиты потомства.

Рис. Кривые выживания

Так, кривые выживания для медоносной пчелы и дрозда (которые защищают свое потомство) значительно менее вогнуты, чем кривые для кузнечика и сардины (не защищают потомства).

 

Трофическая цепь

Трофическая цепь (то же, что пищевая цепь, цепь питания) – последовательный ряд видов животных и микроорганизмов, в котором каждый предыдущий служит источником пищи для последующего.

С точки зрения трофической структуры выделяют следующие организмы

 

- автотрофы (продуценты) – организмы, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза или хемосинтеза;

- гетеротрофы – организмы, которые не могут строить собственное вещество из минеральных компонентов, а вынуждены использовать то, что создано автотрофами, поедая их:

§ консументы первого порядка (фитофаги, травоядные, растительноядные) – поедают растительную пищу;

§ консументы второго порядка (зоофаги, хищники) – поедают животную пищу;

§ редуценты (сапрофиты, деструкторы) – разлагают отмершую органику до неорганических веществ.

гетеротрофы	Микроорганизмы	редуценты
	↑ Волк	консументы	консументы 2-го порядка
	↑ Заяц		консументы 1-го порядка
автотрофы	↑ Трава	продуценты

 

Примерами трофических цепей могут служить:

- ягель ® олень ® волк (экосистема тундры);

- трава ® корова ® человек (антропогенная экосистема);

- микроскопические водоросли (фитопланктон) ® жучки и дафнии (зоопланктон) ® плотва ® щука ® чайки (водная экосистема).

Виды экосистем

Существует несколько классификаций экосистем.

Экосистемы по характеру происхождения:

- природные (болото, луг);

- искусственные (пашня, сад, космический корабль).

Экосистемы по размерам:

- микроэкосистемы (например, ствол упавшего дерева или поляна в лесу);

- мезоэкосистемы (лесной массив или степной колок);

- макроэкосистемы (тайга, море);

- экосистемы глобального уровня (планеты Земля).

Экосистемы по типу источника энергии:

- движимые Солнцем, малосубсидируемые – получают энергию практически только от Солнца и имеют низкую продуктивность (открытые океаны, высокогорные леса);

- движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками – экосистемы, обладающие естественной плодородностью и производящие излишки органического вещества, которые могут накапливаться (заливы, дождевые леса);

- движимые Солнцем и субсидируемые человеком – наземные и водные агроэкосистемы, получающие энергию не только от Солнца, но и от человека в виде орошения, удобрения (поля зерновых и т.п.);

- движимые топливом (индустриально-городские экосистемы) – высококонцентрированная энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию, а пища привозится извне (города, мегаполисы).

Космические факторы

Биосфера попадает под влияние следующих космических факторов:

- солнечная активность;

- космическая пыль, метеоритное вещество, остатки астероидов;

- сближение с кометами и другими космическими телами;

- вещества и волны, возникающие в результате вспышек сверхновых звезд;

Наша планета наиболее тесно связана с процессами, происходящими на Солнце, с так называемой солнечной активностью. Гелиобиология – наука, рассматривающая воздействие изменений активности Солнца на биосферу Земли.

Квартирантство (синойкия

, сожительство) – один организм использует другого (или его жилище) в качестве места проживания, не причиняя последнему вреда.

Биотические факторы почвы

Как уже упоминалось выше, почва – биокосное тело. В процессах ее образования и функционирования важнейшую роль играют живые организмы.

К ним относятся, в первую очередь, зеленые растения, извлекающие из почвы питательные химические вещества и возвращающие их обратно вместе с отмирающими тканями.

Но в процессах почвообразования решающую роль играют населяющие почву живые организмы (педобионты): микробы, беспозвоночные и др. Микроорганизмам принадлежит ведущая роль в трансформации химических соединений, миграции химических элементов, питании растений.

Первичное разрушение мертвой органики осуществляют беспозвоночные животные (черви, моллюски, насекомые и др.) в процессе питания и выделения в почву продуктов пищеварения. Фотосинтетическое связывание углерода в почве осуществляют в некоторых типах почв микроскопические зеленые и синезеленые водоросли.

Почвенные микроорганизмы осуществляют основное разрушение минералов и приводят к образованию органических и минеральных кислот, щелочей, выделяют синтезированные ими ферменты, полисахариды, фенольные соединения.

Важнейшим звеном в биогеохимическом цикле азота является азотфиксация, которую осуществляют азотфиксирующие бактерии.

Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора или закон минимума Либиха — один из фундаментальных законов в экологии, гласящий, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Поэтому во время прогнозирования экологических условий или выполнение экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организмов.

1.15. Закон толерантности (закон Шелфорда)

Однако в начале XX века американский ученый В Шелфорд показал, что вещество (или любой другой фактор) присутствующий не только в минимуме, но и в избытке по сравнению с требуемым организму уровнем, может приводить к нежелательным последствиям для организма.

Например, даже незначительное отклонение содержания в организме ртути (в принципе - безвредного элемента) от некоторой нормы приводит к тяжелым функциональным расстройствам (известная "болезнь Минамата"). Дефицит влаги в почве делает бесполезными для растения присутствующие в ней питательные вещества, но и избыточное увлажнение ведет к аналогичным последствиям по причинам, например, "задыхания" корней, закисания почвы, возникновения анаэробных процессов. Многие микроорганизмы, в том числе используемые в сооружениях биологической очистки сточных вод, весьма чувствительны к пределам содержания свободных ионов водорода, т. е. к кислотности среды (рН).

Проанализируем, что же происходит с организмом в условиях динамики режима того или иного экологического фактора. Если поместить какое-либо животное или растение в экспериментальную камеру и изменять в ней температуру воздуха, то состояние (все жизненные процессы) организма будет изменяться. При этом выявится некоторый наилучший (оптимальный) для организма уровень данного фактора (Топт). при котором его активность (А) будет максимальной (рис.2.). Но если режимы фактора будут отклоняться от оптимума в ту или иную (большую или меньшую) сторону, то активность будет снижаться. При достижении некоторого максимального или минимального значения фактор станет несовместимым с жизненными процессами. В организме произойдут изменения, вызывающие его смерть. Эти уровни окажутся, таким образом, смертельными, или летальными (Тлет и Т’лет).

Из всего изложенного вытекает и закон В. Шелфорда, или так называемый закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Толерантность

Теоретически сходные, хотя не абсолютно аналогичные результаты можно получить в экспериментах с изменением других факторов: влажности воздуха, содержания различных солей в воде, кислотности среды и др. (см. рис. 2, б). Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т. е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. толеранция — терпение).

Минеральные ресурсы – совокупность запасов разнообразных полезных ископаемых, пригодных для использования в различных отраслях хозяйства как в современных условиях, так и в перспективе (рудные и нерудные ископаемые, сюда же относятся природные растворы солей в воде озёр, морей и подземных источников, которые содержат минералы в повышенных концентрациях).

В настоящее время сырьё, добываемое современными техническими средствами во всех частях мира, угрожающе исчерпывается. Ставятся вопросы рационального использования имеющихся ресурсов или замены естественных видов сырья на искусственные.

Земельные ресурсы - земная поверхность, пригодная для проживания человека и для любых видов хозяйственной деятельности. Земельные ресурсы характеризуются величиной территории и ее качеством: рельефом, почвенным покровом и комплексом других природных условий.

Почва - особое природное образование, возникшее в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха, климатических факторов и живых организмов. Важнейшее её свойство - плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растению. Ценность почвы не ограничивается её значением для сельскохозяйственного производства. Она является важнейшим звеном всех подземных биоценозов и биосферы Земли в целом.

Сельским хозяйством освоено около 30% площади суши. Практически все пригодные для сельского хозяйства земли уже освоены. Следовательно, площадь пашни на душу населения будет уменьшаться, отсюда возникает необходимость улучшения качества земель, повышения степени рациональности при её использовании.

Сельским хозяйством освоено около 30% площади суши. Практически все пригодные для сельского хозяйства земли уже освоены. Следовательно, площадь пашни на душу населения будет уменьшаться, отсюда возникает необходимость улучшения качества земель, повышения степени рациональности при её использовании.

Загрязнения

Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение – поступление в окружающую природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий (в виде звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем.

По объектам загрязнения различают:

- загрязнение поверхностных и подземных вод;

- загрязнение атмосферного воздуха;

- загрязнение почв;

- загрязнение околоземного космического пространства.

По источникам загрязнения различают:

- антропогенное загрязнение (от промышленных предприятий, теплоэнергетики, транспорта);

- природное загрязнение (пыльные бури, вулканический пепел, селевые потоки).

По своим масштабам и распространению загрязнение может быть: локальным (местным), региональным, глобальным.

По среду, в которую поступают загрязняющие вещества:

- выбросы – поступление загрязняющих веществ в атмосферу с отходящими газами;

- сбросы – поступление загрязняющих веществ в водные объекты со сточными водами;

- отходы – твердые или полутвердые загрязняющие вещества.

Средозащитные ресурсы

Экономическая оценка природных ресурсов, которые выполняют санитарно-гигиеническую роль, осуществляется по формуле:

где п - количество поглощенных (или разложенных) вредных веществ (1, 2,3,...,N);

Уі - ущерб от загрязнения окружающей среды и-ой веществом;

(), - годовой объем поглощенной (или разложенной) i-го вещества.

Если установление ущерба от загрязнения единицей конкретного вида вредного вещества является сложным, то в расчетах могут использоваться удельные затраты на уменьшение выбросов этих веществ.

Ассимиляционная емкость ОС – способность ее без ущерба для себя усваивать техногенные воздействия. Это свойство ОС позволяет до определенного момента не задумываться об объемах использования ресурсов и предотвращении загрязнений. На практике принято определять возможности природной среды ассимилировать негативные воздействия по значениям предельно допустимых воздействий – ПДВ, ПДС и др.

Ассимиляционная емкость ОС рассматривается как особый вид природных ресурсов, который требует экономической оценки. Величина такой оценки может определяться исходя из возможностей экономии средств на предотвращении негативных воздействий. Т.о. при экономической оценке исходят из положения о том, что ассимиляционная емкость ОС позволяет экономить средства природопользователей на средозащитные мероприятия за счет того, что негативные эффекты проявляются лишь после ее превышения.

Может быть рекомендована следующая простая формула для приближенного исчисления экономической оценки ассимиляционного потенциала (Э_а):

Э_а=ПДВ *(С+У) * 0,5 – (ФВ-ПДВ) * У, где

Э_а – экономическая оценка ассимиляционной емкости ОС, руб.;

ПДВ – предельно допустимый уровень выбросов, т или т/год;

ФВ – фактический уровень выбросов, т или т/год;

С – средние затраты на улавливание единицы выбросов, руб./т;

У – средний ущерб, приносимый единицей выбросов на рассматриваемой территории, руб./т

При этом оценивается ассимиляционный потенциал только по одному их выбрасываемых веществ. Для полной оценки величины ассимиляционного потенциала необходимо суммировать эти значения для отдельных веществ.

Изменение естественных природных характеристик экосистемы и антропогенного воздействия негативно влияет на условия жизнедеятельности человека, последствия ухудшения которых, оцениваются в денежном выражении.

Рост производства с одновременной полной компенсацией антропогенного воздействия на окружающую среду в принципе не возможен. Проведение мероприятий по нейтрализации этого воздействия ведет к непропорциональному возрастанию себестоимости продукта.

Основной вопрос экономики природопользования: как найти компромисс между производственной деятельностью и сохранением окружающей среды.

Проиллюстрируем точку оптимума издержек на графике (рис 1), где Р - затраты, связанные с производственной деятельностью; W - величина антропогенного воздействия на окружающую среду.

· S1 - издержки на уменьшение антропогенного воздействия;

· S2 - издержки, связанные с ухудшением окружающей среды;

· fоn - экономически оптимальное антропогенное воздействие.

 

 

На отрезке 0 fo никакого ущерба не наблюдается, т. к. величина воздействия не превышает ассимиляционный потенциал территории и поглощается без изменений качества окружающей среды. Далее при увеличении воздействия больше fo - ущерб возрастает по мере увеличения антропогенной нагрузки (кривая 1).

Для уменьшения антропогенного воздействия (величина W) необходимы затраты, которые изменяются пропорционально уменьшению величины этого воздействия (кривая 2).

В точке М суммарные затраты от производственной деятельности минимальны Pmin.

Затраты от природопользования зависят от величины антропогенного воздействия, степени компенсации этого воздействия и объема ассимиляционного потенциала (АП), т.е. бесплатного природного ресурса, при наличии которого не происходит качественных изменений окружающей среды и не требуется искусственных компенсаторных мероприятий по восстановлению природной среды и приведения ее в состояние, способствующее нормам безопасного и здорового уровня жизни.

Следовательно 0 fо - величина АП, которая может быть проинтерпретирована как бесплатный естественный ресурс, позволяющий извлекать доходы без дополнительных затрат, т.е. доход рентного типа. Исходя из этого, что любой природный ресурс является объектом собственности, т.е. может находиться в товарном обороте, а следовательно иметь стоимостную оценку, АП также может быть оценен (РАП), т.е. АП становится обычным товаром, участвующим в хозяйственной деятельности.

Загрязнение атмосферы

Известно, что загрязнение атмосферы происходит в основном в результате работы промышленности, транспорта и т. п., которые в совокупности ежегодно выбрасывают «на ветер» более миллиарда твердых и газообразных частиц.

Основными загрязнителями атмосферы на сегодняшний день являются:

- теплоэлектростанции (выбросы сернистого и углекислого газа);

- металлургические предприятия (оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка);

- химические и цементные заводы (пыль, оксиды азота).

Наиболее распространенные загрязнители атмосферы поступают в нее в основном в двух видах:

- аэрозоли (твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе) соединений кремния, кальция и углерода и т.п.

- газовые выбросы – оксиды углерода, азота, серы.

Загрязнение почвы

Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.

Основные загрязнители почвы:

- мусор, отходы;

- отвалы горных пород;

- тяжелые металлы;

- пестицидами;

- радиоактивные вещества.

Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.

Загрязнение воды

На свои нужды человечество использует главным образом пресные воды. Их объём составляет чуть больше 2% гидросферы. Общее потребление речных вод возрастает из года в год во всех районах мира.

Недостаток воды усугубляется ухудшением её качества. Используемые в промышленности, сельском хозяйстве и в быту воды поступают обратно в водоёмы в виде плохо очищенных или вообще неочищенных стоков. Загрязнение гидросферы происходит, прежде всего, в результате сброса в реки, озера и моря промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод.

В настоящее время к числу сильно загрязненных относятся многие реки – Рейн, Дунай, Сена, Огайо, Волга, Днепр, Днестр и др. Растет загрязнение Мирового океана. Причем здесь существенную роль играет не только загрязнение стоками, но и попадание в воды морей и океанов большого количества нефтепродуктов.

Проблема озонового слоя

Озоновый слой – часть стратосферы на высоте от 20 до 25 км (в тропических широтах 25-30 км, в умеренных 20-25, в полярных 15-20), с наибольшим содержанием озона (вещества, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода, O₃). Озоновый слой защищает поверхность Земли от жестокого ультрафиолетового излучения.

Большинство ученых считают причиной образования так называемых озоновых дыр в атмосфере фреоны, или хлорфторуглеводороды (применяются в холодильных установках, для тушения пожаров, в качестве растворителей и в аэрозолях), в частности фтортрихлорметан (CFCl₃ – ХФУ-11). Распространяясь, хлорфторметаны под действием ультрафиолета распадаются на ряд соединений, из которых окись хлора наиболее интенсивно разрушает озон.

Хлорный цикл разрушения озона (за счет ClOx):

CFCl₃ + hυ = CFCl₂· + Cl·

Cl· + O₂ = ClO· + O₂

ClO· + O = Cl· + O₂

 

К настоящему времени обнаружено множество «озоновых дыр», среди которых:

- над Антарктидой (около 23 миллионов квадратных километров);

- над Канадским арктическим архипелагом;

- над Шпицбергеном.

Проблема кислотных осадков

Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств загрязняющих веществ:

- 200 млн. твердых частиц (пыль, сажа, и др.);

- 200 млн. т. сернистого газа (SO2);

- 700 млн. т. оксида углерода;

- 150 млн. т. оксидов азота.

При взаимодействии с атмосферной влагой кислотные оксиды (серы, азота, углерода и т.п.) образуют растворы кислот, которые вместе с дождем попадают в почву:

(оксид серы + вода = сернистая кислота)

В результате выпадения кислотных осадков нарушается равновесие в экосистемах:

- снижено естественное плодородие почв;

- разрушаются здания, сооружения, памятники архитектуры;

- гибнет растительность.

Энергетическая проблема

Половина всех газов, обуславливающих «парниковый эффект», создается в энергетике, а топливно-энергетический баланс планеты складывается в основном из «загрязнителей»: нефти (40,3 %); угля (31,2 %); газа (23,7 %).

«Чистые виды» энегоресурсов (гидроэнергия и атомная энергия) дают в сумме менее 5 %, а на самые «мягкие», не загрязняющие атмосферу (ветровую, солнечную, геотермическую) приходятся доли процента.

Однако развитие солнечно и ветровой энергетики останавливается рядом факторов:

- более высокая себестоимость энергии;

- ограничения по климату (могут использоваться на территориях с достаточным солнечным излучением или скоростью ветра);

- большая потребность в территории (для выработки одинакового количества энергии площадь ветровой электростанции должна быть в 100 раз больше, чем площадь атомной электростанции).

Сырьевая проблема

Масштабы использования ресурсов резко возросли в последние десятилетия. Только с 1950 года объем добычи полезных ископаемых увеличился в 3 раза, ¾ всех добытых в ХХ веке полезных ископаемых добыто после 1960 года. Одним из ключевых вопросов любых глобальных моделей стало обеспечение ресурсами и энергией. А ресурсами стало многое из того, что еще недавно считалось бесконечным, неисчерпаемым и «бесплатным» – территория, вода, кислород.

Остро стоит проблема редкоземельных элементов. Ресурсы редких и редкоземельных элементов распределены очень неравномерно. Так, два месторождения в ЮАР обеспечивают 80 % всей мировой добычи платины, 92 % используемого в мире ниобия (для сверхпроводящих магнитов и сплавов с высокой жароустойчивостью для реактивной авиации и ракет) экспортируется из Бразилии. А 97% всех редкоземельных элементов в настоящий момент поставляются Китаем. Добыча редкоземельных металлов – это экологически грязные производства. По этой причине, например, в 1980-х годах в США была прекращена разработка крупнейшего месторождения Маунтин-Пасс.

Действие шума и вибрации

Динамический диапазон звуков, воспринимаемых человеком, простирается от порога слышимости (0 дБ) до порога болевых нарушений (130 дБ). При воздействии на ухо шума с уровнем звукового давления > 145 дБ возможен разрыв барабанной перепонки.

Уже небольшой шум (50-60 дБ) создает нагрузку на нервную систему человека, занятого умственным трудом. Под воздействием продолжительного громкого шума снижается острота слуха. Под влиянием сильного шума (90-100 дБ) притупляется острота зрения, появляются головные боли и головокружение, нарушаются ритм дыхания и пульс, повышается артериальное давление, сокращается выделение желудочного сока, снижается его кислотность, что может привести к гипертонии, гастриту и другим болезням. Совокупность возникающих под действием шума нежелательных изменений в организме можно рассматривать как шумовую болезнь.

Общая вибрация возникает в результате вибрации поверхности, на которой находится человек (пол, сиденье), и распространяется на все тело. Опасна вибрация тела с частотой, совпадающей с собственной частотой вибрации внутренних органов (7-9 Гц), она может привести к механическим повреждениям последних вследствие резонансного явления.

Локальная вибрация распространяется на часть тела, вызывает спазмы сосудов и таким образом приводит к нарушению периферического кровообращения. Больные виброболезнью обычно жалуются на быструю утомляемость и мышечную слабость.

Экологическое нормирование

Экологическое нормирование – это деятельность специально уполномоченных государственных органов по разработке, утверждению экологических нормативов и обеспечению их соблюдения хозяйствующими субъектами. Нормирование качества окружающей природной среды – это деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека на природу.

Экологические нормативы – это научно обоснованные и обязательные для выполнения меры предельно допустимого отрицательного воздействия человека на окружающую природную среду. Превышение экологических нормативов является экологическим правонарушением и влечет за собой прекращение, приостановление или ограничение экологически вредной деятельности, а также применение мер юридической ответственности. В соответствии с действующим законодательством систему экологических нормативов составляют:

- нормативы качества окружающей природной среды – ПДК и ПДУ;

- нормативы предельно допустимого вредного воздействия на окружающую природную среду – ПДВ, НДС, ПНООЛР;

- нормативы (лимиты) использования природных ресурсов – нормы отвода земель для строительства, лимиты водопользования, расчетная лесосека (норма вырубки), л