Попов В. М. , томаков В. И. , юшин В. В.

Экология: Учебно-практическое пособие /Курск. гос. техн.
ун-т. Курск, 2003. 128 с.

 

В работе рассматриваются основы общей экология, основы рационального природопользования, а также виды негативного воздействия человека на окружающую среду; излагаются правовые, организационные и экономические вопросы обеспечения экологической безопасности.

Учебное пособие подготовлено на кафедре «Охрана труда и окружающей среды» Курского государственного технического университета и предназначено для студентов I курса специальностей 061100 «Менеджмент организаций», 060500 «Бухгалтерский учет и аудит», а также для студентов дистанционной формы обучения при изучении дисциплины «Экология».

Табл. 2. Ил. 14. Библиогр.: 12 назв.

 

 

УДК 574

ББК Е 081

П 57

 

© Курский государственный технический
университет, 2003

© Попов В.М., Томаков В.И., Юшин В.В., 2003

ОГЛАВЛЕНИЕ

СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.. 5

ВВЕДЕНИЕ.. 6

1. ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ.. 10

1.1. Биосфера.. 10

1.2. Экосистемы и экологические факторы.. 16

1.3. Круговорот веществ в экосистеме. 23

1.4. Основы устойчивости биосферы.. 25

1.5. Тренировочное задание. 28

1.6. Тестовое задание. 28

Выводы по разделу. 29

2. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ БИОСФЕРЫ... 30

2.1. Классификация природных ресурсов. 30

2.2. Основные энергетические ресурсы.. 34

2.3. Альтернативные источники энергии.. 36

2.4. Энергосбережение. 38

2.5. Тренировочное задание. 39

2.6. Тестовое задание. 39

Выводы по разделу. 40

3. ГЛОБАЛЬНЫЕ И РЕГИОНАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ... 41

3.1. Экологические аспекты проблемы народонаселения. 41

3.2. Сокращение биологического разнообразия. 45

3.3. Антропогенное загрязнение окружающей среды.. 47

3.3.1. Классификация видов загрязнения окружающей среды.. 47

3.3.2. Загрязнение атмосферы.. 50

3.3.3. Загрязнение гидросферы.. 52

3.3.4. Твердые отходы.. 55

3.4. Озоновый кризис.. 57

3.5. Кислотные дожди.. 61

3.6. Изменение климата.. 65

3.7. Экологические проблемы Курской области.. 68

3.8. Нормирование качества окружающей среды.. 71

3.9. Тренировочное задание. 74

3.10. Тестовое задание. 75

Выводы по разделу. 76

4. УПРАВЛЕНИЕ ПРИРОДООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ.... 77

4.1. Государственный экологический мониторинг. 77

4.2. Экологический контроль. 78

4.3. Экологическая экспертиза.. 79

4.4. Правовые основы управления природоохранной
деятельностью... 81

4.5. Система управления в области охраны окружающей среды (Система экологического управления). 87

4.6. Экологическая паспортизация. 95

4.7. Тренировочное задание. 98

4.8. Тестовое задание. 98

Выводы по разделу. 99

5. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ... 100

5.1. Экономический ущерб от загрязнения окружающей среды.. 100

5.2. Платежи за пользование природными ресурсами и за загрязнение окружающей среды.. 106

5.3. Экологическое лицензирование. 109

5.4. Экологическое страхование. 110

5.5. Экологический аудит. 111

5.6. Тренировочное задание. 113

5.7. Тестовое задание. 113

Выводы по разделу. 115

ИТОГОВЫЙ ТЕСТ.. 116

ТОЛКОВЫЙ СЛОВАРЬ.. 120

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 127

 

СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

АСВ – атмосферные сточные воды

БСВ – бытовые сточные воды

ГН – гигиенические нормативы

ГЭК – государственный экологический контроль

ГЭЭ – государственная экологическая экспертиза

ЕГСЭМ – единая государственная система экологического мониторинга

КМА – Курская магнитная аномалия

НКОС – нормативы качества окружающей среды

МЭК – муниципальный экологический контроль

ОС – окружающая среда

ОПС – окружающая природная среда

ОБУВ – ориентировочно-безопасные уровни воздействия

ОЭК –общественный экологический контроль

ОЭЭ – общественная экологическая экспертиза

ПАН –пероксиацилнитраты

ПАВ – поверхностно-активные вещества

ПДК – предельно допустимая концентрация

ПДУ – предельно допустимый уровень

ПСВ – производственные сточные воды

ПЭК –производственный экологический контроль

СанПиН – санитарные правила и нормы

ССОП – система стандартов охраны природы

СЭУ – система экологического управления

ТБО – твердые бытовые отходы

УФ – ультрафиолет

ХФУ – хлорфторуглероды

ЭМИ – электромагнитные излучения

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие разработано в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования специальностей 061100 «Менеджмент организаций», 060500 «Бухгалтерский учет и аудит».

Целью преподавания данной дисциплины является формирование у студентов биолого-экологического мышления и целостного представления о процессах и явлениях, происходящих в неживой и живой природе; понимание современных научных методов познания природы.

После окончания обучения студент должен уметь:

Ø анализировать и оценивать степень опасности экологических проблем;

Ø моделировать и оценивать состояние экосистем.

знать:

Ø структуру биосферы и экосистемы;

Ø основные закономерности и принципы функционирования экосистем, законы действия факторов среды на биоту;

Ø взаимоотношения организма и среды, экологии и здоровья человека;

Ø экологические принципы использования природных ресурсов и охраны природы;

Ø виды антропогенного воздействия на биосферу.

Учитывая специфику будущей профессиональной деятельности, значительное внимание в учебном пособие уделено экономическим механизмам охраны окружающей среды и управлению природоохранной деятельностью на предприятиях.

Содержание дисциплины базируется на ряде таких дисциплин, как «Биология», «Химия», «Физика» и др.

В соответствии с Государственными образовательными стандартами специальностей 061100 «Менеджмент организаций», 060500 «Бухгалтерский учет» и аудит для выполнения программы в учебном плане предусмотрено 100 часов, при этом объем аудиторного времени составляет 6 часов.

Программа дисциплины

Наименование разделов и тем	Количество часов
Введение. Актуальность экологических проблем. 3
Раздел 1. Общая экология
1.1. Биосфера и жизнь. Эволюция биосферы 1.2. Экосистемы и экологические факторы 1.3. Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме 1.4. Основы устойчивости биосферы
Раздел 2. Природные ресурсы и рациональное природопользование
2.1. Классификация природных ресурсов 2.2. Энергетические ресурсы. Энергосбережение
Раздел 3. Глобальные и региональные экологические проблемы
3.1. Экологические аспекты проблемы народонаселения …… 3.2. Сокращение биологического разнообразия ………… 3.3. Антропогенное загрязнение окружающей среды ………… 3.4. Наиболее значимые современные глобальные экологические проблемы 3.5. Экологические проблемы Курской области 3.6. Нормативы качества окружающей среды
Раздел 4. Управление природоохранной деятельностью
4.1. Экологический мониторинг 4.2. Экологический контроль 4.3. Экологическая экспертиза 4.4. Основы экологического право 4.5. Система управления в области охраны окружающей среды 4.6. Экологическая паспортизация
Раздел 5. Экономический механизм охраны окружающей среды
5.1. Экономический ущерб от загрязнения окружающей среды 5.2. Платежи за пользование природными ресурсами и за загрязнение окружающей среды 5.3. Экономическая эффективность экологических нововведений 5.4. Экологическое лицензирование, страхование и аудит
Итого часов

В соответствии с учебным планом курс состоит из введения и пяти разделов. Изучение введения дает общее представление об «Экологии» как предмете изучения, раскрывает структуру курса и актуальность экологических проблем.

Материал первого раздела посвящен изучению структуры экосистем и биосферы, основных закономерностей и принципов функционирования экосистем. Во втором разделе рассматриваются виды природных ресурсов и основы рационального природопользования. Третий раздел знакомит с основными видами негативного воздействия человека на окружающую среду и основами нормирования этого воздействия. Четвертый раздел посвящен основам экологического менеджмента на предприятиях. И, наконец, в пятом разделе рассматриваются экономические механизмы снижения негативного антропогенного воздействия на окружающую среду.

Рекомендации по методике изучения дисциплины

Основная трудность изучения дисциплины состоит в том, что данный предмет содержит большое число новых (для студентов) определений, поня­тий и терминов. В преодолении этих трудностей обучаемым поможет толковый словарь. Для усвоения сути многих вопросов необходимы твердые знания биологии, химии, физики. Прочные знания, полученные по указанным выше предметам, позволят без затруднений понять суть явлений и процессов, рассматриваемых в данном курсе.

Особое внимание следует обратить на нормативно-техническую документацию, в которой изложены нормативы качества окружающей среды.

Предмет и содержание дисциплины

Экология (от греческих слов ойкос – дом и логос – учение) – наука о взаимоотношениях живых организмов и условий среды. Такое название этой науке дал Э.Геккель в 1866 г. Однако изучением этих взаимоотношений ученые занимались с давних времен. Любой натуралист – исследователь растений или животных – всегда не только ботаник или зоолог, но и эколог. Великими экологами прошлого можно назвать шведа К.Линнея (1707 – 1778), француза Ж.Б.Ламарка (1744 – 1829), англичан Т.Мальтуса (1766 – 1834) и Ч.Дарвина (1809 – 1882).

Основным объектом экологии является экосистема – совокупность живых организмов (животные, растения, микроорганизмы) и среды их обитания. Кроме того, экология изучает и входящие в экосистемы группы организмов одного вида – популяции, и отношение к среде отдельных организмов.

Вначале экология была равной среди прочих наук, такой же, как физика, химия, ботаника или зоология. Роль экологии резко возросла во второй половине нашего столетия, когда о ней заговорили не только ученые, но и общественные деятели, политики, писатели. К этому времени начали сбываться прогнозы Ламарка и Мальтуса, и взаимоотношения человека и природы стали опасными. Население планеты увеличивается, растут промышленные гиганты, по дорогам, густой сетью опутавшим планету, мчатся миллионы автомобилей, в воздухе летают скоростные лайнеры. В результате хозяйственной деятельности человека истощаются запасы ископаемых ресурсов – угля, нефти и разных руд, теряют плодородие почвы, на которых выращивают сельскохозяйственные культуры, вырубаются леса, загрязняются водоемы, исчезает множество видов растений и животных. Появился новый опасный фактор – радиационное загрязнение среды отходами атомных электростанций.

История планеты Земля и история человечества по продолжительности несопоставимы. Если ускорить историю планеты в 5 миллиардов раз и принять время ее жизни за 1 год, то человек родился
31 декабря в 16 часов. Сельским хозяйством начал заниматься в
23 часа 58 минут, а весь период научно-технической революции, когда его влияние на природу стало особенно пагубным, составил всего 2 секунды. Но эти секунды истории планеты м трагические. И только с помощью экологии можно дописать сценарий счастливого конца этой истории и указать человечеству путь к обществу устойчивого развития, в котором природопользование рационально: ресурсы не истощаются, среда не загрязняется и процветание нынешнего поколения не лишает потомков возможности нормальной жизни в XXI веке.

ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Биосфера

Термин «биосфера» (от греч bios – жизнь и sphaira – шар) для обозначения области земной поверхности, населенной жизнью, был впервые введен австрийским геологом Э.Зюсом в 1875 г. Однако содержание этого термина было недостаточно определённым. Основная роль в разработке учения о биосфере принадлежит выдающемуся естествоиспытателю В.И.Вернадскому (1865-1945). Вернадский в понятие биосфера вложил новое содержание. Он рассматривает биосферу не как простую совокупность живых организмов, а как единую термодинамическую оболочку (пространство), в которой сосредоточена жизнь и осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическими условиями среды. Живое вещество оказывает непрерывное воздействие на неживую природу, преобразуя и формируя облик планеты и создавая целостную динамическую систему.

По В.И.Вернадскому, важнейшими компонентами биосферы являются:

Ø живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);

Ø биогенное вещество органического происхождения (созданное живыми организмами и состоящее из растительных и животных остатков – уголь, торф, почвенный гумус, нефть, мел, известняк и др.);

Ø косное вещество – горные породы неорганического происхождения;

Ø биокосное вещество – продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, населенные живыми организмами.

Верхняя граница биосферы обусловлена жестким ультрафиолетовом излучением, которое задерживается озоновым экраном на высоте 10-50 км. Нижний предел существования жизни в литосфере –
3-4 км и обусловлен повышение температуры (100°С). Наибольшую мощность биосфера имеет в океане: от поверхности до максимальных глубин в нем обитают живые существа. В последнее время в гидротермах дна океана на глубине 3 км обнаружены живые организмы при температуре 250°С. При давлении около 3×10⁷ Па вода в них не кипит, а пределы жизни ограничены точками превращения воды в пар и сворачивания белков. По оценке специалистов, на глубине около 25 км должна существовать критическая температура в 460°С, при которой при любом давлении вода превращается в пар и жизнь принципиально невозможна. Таким образом, границы биосферы несколько условны. Основная масса живого вещества сосредоточена в относительно узком пространстве, называемом биогеосферой, или пленкой жизни (рис.1.1).

Рис.1.1. Границы биосферы и биогеосферы

Атмосфера (от греч. atmos – пар и sphaira – шар) – это газовая (воздушная) среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с ней. Масса атмосферы составляет около 5,15 · 10¹⁵ т.

В нижних слоях атмосферы – тропосфере – находится основной запас воздуха. Тропосфера делится как бы на два слоя. В первом, прилегающем к поверхности Земли, слое глубиной около 3 км действуют географические факторы (рельеф, континенты или океаны), изменяя его физико-химические характеристики. В этом слое сосредоточена основная масса водяного пара и загрязняющих веществ, поступающих с поверхности Земли. Над этим слоем располагается свободная атмосфера, которую от лежащей выше стратосферы отделяет тропопауза. Циркуляция воздушных масс в тропосфере регулирует погоду и ее изменения. На каждые 180 м высоты подъема в тропосфере температура уменьшается примерно на 1°С.

Воздух представляет собой смесь газов, состав которой меняется в зависимости от высоты. Наиболее важные компоненты воздуха, участвующие во многих биологических циклах, – кислород (20,95%), углекислый газ (0,034%) и азот (78,08%).

Гидросфера – прерывистая водная оболочка Земли – также исключительно важна для создания условий, обеспечивающих жизнь на Земле: для протекания биологических и биофизических процессов в организмах, для прохождения фотосинтеза и выделения кислорода, для геологического преобразования планеты. Водяной пар в атмосфере фильтрует солнечную радиацию, а вода на поверхности Земли смягчает действие высоких температур.

Литосфера – твердая оболочка Земли. С точки зрения биохимических процессов, происходящих в биосфере, особая роль принадлежит почвенному покрову – самой верхней части литосферы. Почва – это продукт выветривания, реорганизации и деформирования верхних слоев земной коры под влиянием атмосферных и обменных процессов. В почве взаимодействуют вода, воздух и живые организмы.

Основная отличительная способность живого вещества в целом – это способ использования энергии. Живые организмы способны улавливать солнечную энергию, удерживать ее в виде энергии сложных органических соединений (биомассы), передавать друг другу, трансформировать в механическую, электрическую и др. В этом уникальность живых существ. Неживые тела не способны к столь сложным преобразованиям энергии, они преимущественно рассеивают ее (камень, например, только нагревается под действием солнечной энергии, но его масса при этом не увеличивается). Живое вещество собирает полученную им в форме солнечного света энергию и превращает ее в свободную энергию, способную совершать работу. Существование живых организмов основано на потреблении энергии из внешней среды. Часть организмов непосредственно использует энергию солнечного света – это растения, другая часть – химическую энергию потребляемых веществ – это животные организмы.

Другой особенностью живых организмов является их уникальная способность к самовоспроизведению, т.е. к производству на протяжении многих поколений форм, практически идентичных по структуре и функционированию.

Функции живого вещества:

1. Энергетическая. Ее выполняют в основном растения, аккумулируя солнечную энергию.

2. Деструктивная. Состоит в разложении, минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот. Мертвое органическое вещество разлагается до простых неорганических соединений.

3. Концентрационная. Заключается в избирательном накоплении при жизнедеятельности организмов атомов веществ, рассеянных в природе. Наиболее активными концентраторами многих элементов являются микроорганизмы.

4. Средообразующая. Состоит в трансформации физико-хими-ческих параметров среды. Можно сказать, что она является совместным результатом всех рассмотренных функций живого вещества.

Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая стабильность существования организмов, в том числе и человека. Вместе с тем живое существо способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных катастроф или антропогенного воздействия (принцип Ла Шателье – изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений).

Уровни организации жизни:

Последние три уровня представляют основной интерес для экологических исследований. Популяция – это группа организмов одного вида, занимающая определенную территорию и обычно в той или иной степени изолированная от других сходных групп. Сообщество – это любая группа организмов различных видов, сосуществующих в одном и том же местообитании или на одной площади или на одной площади и взаимодействующих посредством трофических связей.

Живые организмы подразделяются на автотрофные и гетеротрофные: автотрофные – живые организмы, способные самостоятельно продуцировать необходимые для их существования органические вещества из неорганических, используя для этого солнечную энергию (фотосинтетики) или окисление неорганических веществ (хемосинтетики); гетеротрофные – организмы, использующие в качестве источника питания органические вещества, произведенные автотрофами.

Для живых организмов характерен гомеостаз – способность поддерживать динамически устойчивое равновесие в изменяющихся условиях среды. Наиболее совершенен гомеостаз у млекопитающих.

Решающее значение в истории образования биосферы имело появление на Земле автотрофных растений, т.е организмов, способных синтезировать органическое вещество из минерального (около 3,5 млрд лет назад). Автотрофные растения (первоначально это были цианобактерии – сине-зеленые водоросли – древнейшие, живущие и поныне фотосинтезирующие организмы) улавливают световую энергию и используют ее для реакций фотосинтеза. Процесс фотосинтеза проходит с участием поглощающих свет пигментов (хлорофиллов) по формуле

6СО₂ + 6 Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

^{хлорофил}

Фотосинтез – единственный биологический процесс, который идет с увеличением свободной энергии и прямо или косвенно обеспечивает доступной химической энергией все земные организмы. На протяжении всей истории эволюции биосферы на Земле существует только единственный процесс, при котором энергия солнечного излучения не только тратится и перераспределяется, но и связывается, запасается иногда на очень длительное время.

В результате деятельности таких фотосинтезирующих микроорганизмов началась перестройка химического состава атмосферы Земли: из атмосферы извлекался углекислый газ (СО₂) и выделялся кислород (О₂). Процесс окисления восстановительной атмосферы продолжался около 2,5 млрд лет. Рост содержание О₂ в атмосфере привел к возникновению озонового слоя, защищающего поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Это дало направление эволюции жизни: 400 млн лет назад жизнь вышла на сушу. Появление растительности на суше ускорило процесс фотосинтеза.

При этом в начале эволюции не весь кислород оставался в атмосфере, частично он вступал в химические реакции и окислял поверхностные минералы и горные породы, в результате чего образовались залежи железных и других руд.

В течение всего периода эволюции биосферы значительные массы органических веществ были выработаны автотрофными растениями, но при этом часть органической продукции не участвовала в круговороте и накапливалась в морских и континентальных осадочных породах и почвах. Огромные залежи различных полезных ископаемых (нефть, газ, уголь, торф, сланцы) – яркие свидетельства масштабности этих явлений. Ископаемое топливо можно рассматривать как форму сохранения в виде химической энергии солнечной энергии, поступавшей на Землю в течение сотен миллионов лет.

Многие живые организмы выполняют концентрационную функцию, накапливая в себе определенные элементы. Отдельные организмы концентрируют кальций, кремний, натрий, алюминий, йод и др. Отмирая, они образуют скопление этих веществ. Возникают залежи таких соединений, как известняки, бокситы и другие, которые для человечества служат ценными полезными ископаемыми.

Современная поверхность Земли – продукт непрерывного процесса «биологизации», в котором человек – последнее эволюционное звено. Биосфера формировалась в течение многих миллионов лет и оказалась системой очень высокого качества с множеством сбалансированных связей. Сегодня структура биосферы необычайно сложна и полностью асимметрична.

В соответствии с теорией Вернадского конечной стадией развития биосферы является ноосфера. Ноосфера связана с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. По этому поводу В.И.Вернадский писал: «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупной геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни …». По мнению многих ученых, еще рано говорить о «сфере разума», о чем свидетельствуют многочисленные глобальные экологические проблемы. Вероятно, ноосферное развитие – это разумное управляемое соразвитие человека, общества и природы, при котором удовлетворение жизненных потребностей населения осуществляется без ущерба интересов будущих поколений.