Основы экологии

Аммиак бесцветный газ с резким характерным запахом, порог ощущения 37 мг/м3. Обладает сильным раздражающим действием на дыхательные пути.

Этилен бесцветный газ, оказывающий наркотическое действие на человека.

Отрицательное влияние загрязненного воздуха, особенно содержащего сернистый газ, на растительность заключается в подавлении их роста. Из древесных пород наиболее чувствительны к загрязнению воздуха ель, сосна, пихта, лиственница, ольха, ива, береза; из злаковых и бахчевых культур пшеница, рожь, ячмень, овес, люцерна, клевер и т.д.; из низших кустистые лишайники. Установлено, что вредное воздействие сернистого газа на хвойные деревья обнаруживается на расстоянии до 80 км от места выброса.

Смесь углеводородных газов с воздухом при определенных концентрациях примесей пожаро- и взрывоопасна.

Для предупреждения неблагоприятных последствий загрязнений воздуха содержание вредных веществ в атмосфере регламентируется соответствующими нормативными документами. Допустимой считается концентрация вредного вещества, которая не оказывает прямого или косвенного вредного и неприятного действия на организм человека, не снижает его работоспособности, не ухудшает самочувствия. Недопустимыми являются такие концентрации вредных веществ, которые оказывают влияние на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы, условия жизни населения. Предельно допустимой концентрацией (ПДК) вредного вещества называется такое содержание его в воздухе, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени не может вызвать у человека каких-либо патологических изменений или заболеваний.

2. Словарь понятий

Атмосфера газовая среда обитания организмов, сформированная, в основном, из вулканических газов.

Тропосфера это нижний слой атмосферы, который простирается до высоты 8 10 км в полярных широтах и до 16 18 км в тропиках.

Стратосфера слой атмосферы, расположенный за тропосферой на высоте 50 60 км от поверхности суши.

Экзосфера самая верхняя, сильно разреженная, часть атмосферы.

Озоновый экран слой максимальной концентрации озона на высоте 20 25 км.

Загрязнение атмосферного воздуха любое изменение состава и свойств воздуха, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Естественное загрязнение загрязнение воздуха, вызванное природными процессами.

Антропогенное загрязнение загрязнение, связанное с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека.

Механическая пыль это пыль, образующаяся в результате измельчения продуктов в ходе технологических процессов.

Возгоны пыль, образующаяся при объемной конденсации паров веществ при охлаждении газа.

Летучая зола пыль в виде несгораемого остатка топлива, образующаяся из его минеральных примесей при горении, содержащаяся в дымовых газах во взвешенном состоянии.

Промышленная сажа пыль в виде твердого высокодисперсного углерода, образующаяся при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов, входящая в состав промышленного выброса.

Предельно допустимой концентрацией (ПДК) вредного вещества

такое содержание его в воздухе, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени не может вызвать у человека каких-либо патологических изменений или заболеваний.

3. Материалы, используемые в процессе обучения

3.1. Материалы к лекции

Возможен следующий план лекции:

1)Атмосфера и ее состав.

2)Основные антропогенные загрязнители атмосферы и их влияние на человека.

3)Влияние антропогенных загрязнителей на животный мир.

4)Влияние антропогенных загрязнителей на растительный мир.

3.2. Задание к практическому занятию

Определение зон рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере

Цель работы: изучение методики определения параметров загрязнения воздушного бассейна от одиночных точечных источников.

Основные положения

Основой выполнения работы являются следующие положения:

на рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере влияют метеорологические параметры скорость и направление ветра, температурная стратификация атмосферы, температура атмосферного воздуха;

максимальная приземная концентрация от данного источника загрязнения, возникающая при неблагоприятных метеорологических условиях (при опасных скоростях и направлении ветра, высокой температуре атмосферы и еѐ безразличном состоянии) не должна превышать ПДК за границей санитарно-защитной зоны;

приземная концентрация загрязняющих веществ зависит от параметров источника выброса и состава пылегазовоздушной смеси.

Стратификация – учение о слоистом строении атмосферы, учитывается температурный градиент, движение воздуха, различие его состава в разных слоях.

Максимальная приземная концентрация загрязняющих веществ,

Cmax, мг/м3 в атмосфере от одиночного точечного источника выброса

круглого сечения, выбрасывающего нагретую пылегазовоздушную смесь, рассчитывается по формуле:

Сmax		A M	F		m		n			(1)
		H2
			3 V			T
			1
где А коэффициент, зависящий								от температуры			стратификации
атмосферы. Для условий Республики Беларусь A 140 .
Н высота источника выброса от земли, м ;
М интенсивность выброса загрязняющего вещества, г/с ;
F коэффициент,	учитывающий						скорость			оседания	загрязняющих

веществ в атмосфере и зависящий от состояния загрязняющих веществ и эффективности пылеулавливания (см. табл.3.2.1). Быстрее оседают крупные частицы пыли, большей плотности ( n, г/см3) при малой начальной скорости (Wо), т.к. меньше кинетическая составляющая.

Таблица 3.2.1

Значение коэффициентов F

f 100

Вещество	Эффективность пылеулавливания, %	F
Газообразные выбросы		1
Твердые частицы	> 90	2
	75 90	2,5
	< 75	3

V1 расход (объем выбрасываемой времени), м3/с

V1 D2 0 .

4

где w0 – скорость выхода, м/с; D – диаметр трубы, м.

пылегазовоздушной смеси в ед.

(2)

T TГ TВ ,	(3)
где TГ температура газовоздушной	смеси, 0С ; TВ	температура

атмосферного воздуха принимаемая для района расположения предприятия и 13 часов самого жаркого месяца года по СНИП 2.01.01.82 строительная климатология и геофизика (Госстрой СССР; Стройиздат, 1989 год)

коэффициент, учитывающий влияние аэродинамических

нарушений. Для одиночного источника при отсутствии рядом стоящих препятствий (высоких зданий, сооружений) = 1.

f 1000	w2	D
	0		.	(4)
	H 2	T
Вводится коэффициент	f	показывающий		изменение скорости на

единицу температурного градиента и зависящий от параметров источника выброса (трубы).

Коэффициенты m и n учитывают условия выброса пылевоздушной смеси. m и n зависят от параметров соответственно:

при m ( 0,67 0,1 f 0,34 3 f ) 1 ,

где m безразмерный коэффициент, определяющийся по приведенной формуле или графику.

	при Vm 2		n 1
4.	1,5 V	2	n 0,532 V 2	2,13 V	3,13
	m		m	m
	Vm 0,5		n 4,4 Vm ,

где n – безразмерный коэффициент, зависящий от опасной скорости, Vm м/с.

Опасная скорость – скорость ветра, при которой придельные

концентрации имеют наибольшее значение.

Параметр, характеризующий влияние начальной скорости

температурного градиента и высоты трубы:
Vm	0,65	3		V1 T	,		(5)
				H

где w0 , м/с скорость выхода газовоздушной смеси из источника

выброса (трубы); D диаметр источника выброса, м.

Расстояние от источника выброса до точки с максимальной приземной концентрацией рассчитывается по формуле (6):

X max

5 F

d Н ,

(6)

4

где H высота источника выброса, м.

Вводится параметр d, определяемый следующим образом:

при Vm 0,5

d 2,48 (1 0,28 3 f )

0,5 Vm 2

d 4,95 Vm (1 0,28 3 f )

V 2

d 7 V (1 0,28 3

f ) .

m

m

Величина опасной скорости ветра, Vmax , м/с, соответствующей

полученным значениям Cmax

и X max , также зависит от параметра Vm:

при Vm 0,5

Vmax

0,5

0,5 Vm 2

Vmax

Vm

Vm 2

Vmax

Vm (1 0,12

f ) .

Опасность загрязнения атмосферы оценивается показателем j :

j

Cmax

1

(7)

пЂж

Результаты расчета записывают в табличной форме (см. табл. 3.2.2). Опасность загрязнения атмосферы газообразными веществами с учетом суммирования при одновременном присутствии в атмосфере SO2 и NOx .

			Cmax,SO			Cmax,NO
	jSO2 NOx		2			x	1 .		(8)
			пЂжSO
						пЂжNO
			2			x
										Таблица 3.2.2
	Вид записи результатов расчета
Вещество	Cmаа,	мг/м3				X mаа, м			Vmаа, м/с		J
Зола
SO2
NOХ
Суммирование						_____			_____

SO2 NOx

По итогам расчета делаются выводы об уровне загрязнения и предлагаются мероприятия по его снижению в случае необходимости.

Порядок оформления практической работы

1.Название работы

2.Цель работы

3.Условие задания

4.Что такое Cmаа, X mаа, Vmаа, j

5.Что учитывает и от чего зависит коэффициент F

Контрольные вопросы к практической работе

1.Для чего определяются Хmax и Сmax. Понятие санитарной зоны?

2.Как влияют высота и диаметр трубы на Хmax и Сmax.?

3.Как влияют температурный градиент и начальная скорость

газа на площадь рассеивания?

4.Что такое опасная скорость (Vmаа )?

5.От чего зависит F ?

6.Что такое стратификация?

6.

Варианты заданий к практической работе

Исходными данными для расчета являются соответствующие Вашему варианту параметры выброса (см. табл. 3.2.3).

Таблица 3.2.3

Параметры выброса газообразной смеси

Вари-	H,	D,	w ,	T ,	T ,	MSO2	М*зол	MNOx	ПДК, [мг/м3]
ант			0	г	в
							а
п/п	[м]	[м]	[м/с]	[0С]	[0С]	[г/с]	[г/с]	[г/с]	SO2	Зола	NOх
1	10	1,4	8	125	25	12,0	15,5	4,2	0,5	0,5	0,085
2	25	1,0	12	100	20	10,0	14,5	3,8	-//-	-//-	-//-
3	28	1,5	15	80	15	30,0	70,6	12,1
4	18	0,7	16	90	10	25,0	15,0	1,0
5	15	0,8	21	130	5	16,0	14,0	4,6
6	23	0,9	16	230	15	21,0	34,0	3,2
7	28	1,0	12	160	20	6,0	62,0	5,8
8	32	1,5	9	125	25	15,0	18,9	7,8
9	20	1,2	10	135	15	42,0	14,1	10,2
10	24	1,5	14	215	25	19,0	27,2	11,4

11	25	1,7	9	210	30	18,0	34,5	2,0
12	30	2,0	6	180	20	5,0	56,7	2,2
13	23	1,3	11	150	15	16,0	59,4	12,8
14	19	1,0	14	165	10	7,0	62,1	14,4
15	18	0,7	19	115	0	21,0	65,3	16,6
16	35	2,0	9	210	40	32,0	50,0	7,4
17	40	2,6	5	195	15	28,0	24,0	21,0
18	38	2,6	8	145	25	14,0	32,0	16,6
19	24	1,8	13	210	15	12,0	12,8	21,8
20	19	0,8	18	160	5	10,0	5,6	15,4

* при эффективности пылеулавливания 90%.

Литература:

1.Будыко М.И. Климат и жизнь. Л.: Гидрометеоиздат, 1980.

2.Дажо Р. Основы экологии / Пер. с фр. М.: Прогресс, 1975.

3.Киселев В.Н. Основы экологии: Учебн. пособие. Мн.: Універсітэцкае, 1998. 367 с.

4.Куликов К.А., Сидоренко Н.С. Планета Земля. М.: Наука,1977.

5.Чубанов К.Д., Киселев В.Н., Бойко А.В. Природная среда в зоне влияния промышленных центров Беларуси. Мн.: Наука и техника, 1989.

МОДУЛЬ 4 ГИДРОСФЕРА В СОСТАВЕ БИОСФЕРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Вданном разделе рассматривается строение гидросферы, роль воды

вбиосфере, основные загрязнители гидросферы и их воздействие на животный и растительный мир. Модуль помимо общих вопросов по изучению гидросферы дает представление о гидросфере Беларуси и международной деятельности по охране водных ресурсов, в которой принимает участие Республика Беларусь.

Схема изучения нового материала

	Тема занятий	Цель занятий	Вид занятий	Количество
				часов
	1. Строение гидросферы. Роль	Изучение нового	Лекция	2
	воды в биосфере.	материала
	2.Подсчет убытков при сбросе	Углубление и	Практическое	2
	сточных вод, содержащих	систематизация	занятие
	ионы тяжелых металлов, в	знаний, контроль
	природных водоемах.	знаний

Основы научно – теоретических знаний по модулю 1. Строение гидросферы.

Гидросфера представляет собой водную оболочку земли, расположенную между атмосферой и литосферой. В ее состав включаются океаны, моря и поверхностные воды суши. Довольно часто в географической литературе гидросфера определяется в более широком смысле и в ее состав дополнительно включают подземные воды, ледяной покров Гренландии и Антарктиды, горные ледники, атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах.

Основная масса воды (1370 млн. куб.км, или 94 % общего объема гидросферы) сосредоточена в Мировом океане, который занимает площадь в 361 млн. кв.км, или 70,8 % поверхности планеты (510 млн. кв.км). Поверхностные воды суши (озера, реки, водохранилища, болота и почвенные воды) имеют 0,5 млн. куб.км, что составляет 0,4 % всего объема гидросферы. Объем подземных вод более 61 млн. куб. км (4 % объема биосферы). Лед и снег Арктики, Антарктики, Гренландии и горных ледников оценивается в 24 млн. куб.км (1,6 % объема гидросферы). Наибольшее значение в биосфере имеют воды Мирового океана,

атмосферы и поверхностных водоемов. В океане зародилась жизнь, его роль в биосфере огромна, но воды суши более активны в современных биосферных процессах.

Океаническая вода представляет собой раствор солей со средней концентрацией 35 г/л (35 %), причем хлористого натрия содержится 27,2 г/л, хлористого магния – 3,4, сульфата магния – 2,0, сульфата кальция – 1,3, хлористого калия – 0,6, карбоната кальция – 0,1 г/л. В водах открытого океана концентрация солей изменяется незначительно – от 33 до 37 %. Солоноватые воды характерны для лагун и эстуариев больших рек, в которых морская вода опресняется вследствие поступления пресных вод.

Воды суши по своему физическому и химическому составу – довольно неоднородная среда. Однако преобладающая часть поверхностных водоемов и водотоков имеет пресную воду с концентрацией солей, как правило, не более 0,5 г/л. В связи с соленостью морская вода как жизненная среда резко отличается от пресной воды, хотя обе содержат химические элементы в количестве, необходимом для жизнедеятельности организмов. На Земле очень редко встречаются растения и животные, которые способны жить как в пресной, так и в соленой воде.

Концентрация солей у обитателей пресных вод выше, чем в воде, т.е. жидкости их тел гипертоничны. По законам осмоса окружающая вода стремится проникнуть в их тела. Чтобы избежать разбухания и гибели, обитатели пресных вод должны обладать либо относительно непроницаемыми для воды оболочками, либо специальными органами для удаления проникшей в тело воды, например, почками (у рыб) или их аналогами (сократительные вакуоли у простейших). Возможно, из-за этих трудностей существования в пресной воде многие представители морской фауны не смогли освоить внутренние водоемы.

Жидкости тела обитателей соленых вод морей и океанов имеют концентрацию солей, равную или меньшую, чем в окружающей водной среде, т.е. являются изотоническими или слабогипотоническими. Сами обитатели этих вод обладают специальными органами или приспособлениями для выделения избытка солей в воду. Так, у морских костных рыб соли натрия выделяются клетками жаберного аппарата, а соли магния – почками. По этой причине Мировой океан и водоемы суши

– совершенно разные жизненные области со свойственным им набором природных условий. Только проходные рыбы, например, лососи и некоторые ракообразные могут жить как в пресной, так и в соленой воде.

Характерной особенностью океана является циркуляция и перемешивание вод. В слое до 150 – 200 м циркуляция определяется, главным образом, господствующими ветрами. Под влиянием атмосферной циркуляции поверхностные течения образуют антициклональные круговороты воды в тропических и субтропических широтах и циклональные – в умеренных и высоких.

Северо-восточные и юго-восточные пассаты гонят поверхностные воды океана в западном направлении, образуя Южное и Северное пассатные течения, разделенные зоной компенсационных экваториальных межпассатных противотечений (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Система поверхностных течении Мирового океана в зимний период: 1 – теплые течения; 2 – холодные течения; 3 – области развития вторичных

муссонов; 4 – области развития тропических циклонов

Достигая восточных берегов, они поворачивают на север (в Северном) и на юг (в Южном полушарии) и движутся вдоль материков приблизительно до широт 40 – 45°. У южных побережий Южной Америки, Африки и Австралии под влиянием западных ветров поверхностные течения отклоняются на восток и, смешиваясь с холодными водами Арктики, образуют пересекающее Мировой океан холодное Течение западных ветров. Достигнув материков, холодные воды наполняют его ветви – Перуанское течение у западных берегов Южной Америки, Бразильское – у Африки и Западно – Австралийское – у Австралии. В области пассатов уже нагретые воды вовлекаются в южные пассатные течения и замыкают субтропический антициклональный круговорот воды в океанах Южного полушария. Вблизи Антарктиды существует течение, ориентированное с востока на запад, которое с южными ветвями Течения западных ветров образует циклональный круговорот поверхностных океанических вод.

Сформировавшаяся система течений в Южном полушарии вместе с