Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
Томский Государственный Университет Систем Управления
и Радиоэлектроники
Контрольная работа по «Экологии» Вариант №17
Выполнил студент:
.
Проверил:
_________________________
План выполнения контрольной работы:
-
Основные параметры популяции.
-
Основные загрязнители атмосферы.
-
Выполнить практические работы №1 и №3.
-
В пробе сточной воды сразу же после взятия количество кислорода составляло m1=6.5 мг, а в плотно закрытой бутылке с той же пробой, хранящейся в темноте 5 суток, количество кислорода составляло m2=6.0 мг. Первоначальная проба загрязненной воды, впоследствии разбавленной, имела объем V1=10 мл. Рассчитать БПК и определить, будут ли в этой воде жить личинки ручейника и личинки поденок?
-
Что вы понимаете под техногенным загрязнением среды? Приведите примеры.
-
Какие факторы влияют на распределение пресной воды на планете?
-
Объясните экологическое влияние вырубки леса на процесс опустынивания.
-
Космогенные и первичные радионуклиды.
Основные параметры популяции.
Природные экосистемы представлены, как правило, многовидовыми сообществами организмов. Они образуют как бы две иерархии: генетико-систематическую (вид, род, семейство, отряд и так далее вплоть до царств) и системно-функциональную (особь, группа, популяция, сообщество, экосистема, биосфера).
Организмы одного вида в природе всегда представлены не по отдельности, а определенными организованными совокупностями — популяциями. Популяция (от лат. populus — население) — это совокупность особей одного биологического вида, длительное время населяющих определенное пространство, имеющих общий генофонд1, возможность свободно скрещиваться и в той или иной степени изолированных от других популяций этого вида.
В состав одного вида организмов могут входить несколько, иногда много популяций. Если представителей разных популяций одного вида поместить в одинаковые условия, они сохранят свои различия. Однако принадлежность к одному виду обеспечивает возможность получения плодовитого потомства от представителей разных популяций. Популяция — элементарная форма существования и эволюции вида в природе.
Популяции могут быть монолитными или состоять из группировок субпопуляционного уровня — семей, кланов, стад, стай и т.п. Объединение организмов одного вида в популяцию выявляет их качественно новые, эмергентные свойства. Решающее значение приобретают численность и пространственное размещение организмов, половой и возрастной состав, характер взаимоотношений между особями, размежевание или контакты с другими популяциями этого вида и т.д. По сравнению с временем жизни отдельного организма популяция может существовать очень долго.
Вместе с тем популяция обладает и чертами сходства с организмом как биосистемой, так как имеет определенную структуру, генетическую программу самовоспроизведения, способность к авторегуляции и адаптации, свое коллективное материально-энергетическое хозяйство. Исторически в силу серьезных различий, влияющих на их структуру и динамику, сложились разные подходы к изучению популяций растений и животных: растения представлены прикрепленными формами, состоят из слабо скоррелированных частей (на одном дереве может быть несколько популяций побегов), способны не только к половому, но и к вегетативному размножению.
Изучение популяций является важным разделом современной биологии на стыке экологии и генетики. Практическое значение популяционной биологии заключается в том, что популяции являются реальными единицами биомониторинга, эксплуатации и охраны природных экосистем. Взаимодействие людей с видами организмов, находящихся в природной среде или под хозяйственным контролем, опосредуется, как правило, через популяции. Это могут быть штаммы болезнетворных или полезных микробов, сорта возделываемых растений, породы разводимых животных, популяции промысловых рыб и т.п. Не менее важно и то, что многие закономерности популяционной экологии относятся к популяциям человека.
Основные загрязнители атмосферы.
Атмосфера и ее состав.
Атмосфера — внешняя оболочка биосферы, ее масса ничтожна — всего лишь одна миллионная массы Земли, но роль во всех природных процессах огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности планеты, защищает ее от вредного космического излучения и ультрафиолетового излучения Солнца. Циркуляция в атмосфере влияет на местные климатические условия, а через них — на режим рек, почвенно-растительный покров и на процесс рельефообразования.
Современный газовый состав атмосферы — результат длительного исторического развития природы. Воздух, как известно, состоит из азота (78,09%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%), неона, других газов и паров воды. Кроме того, он содержит различные вещества, выделяемые природными источниками: пыль как растительного, вулканического и космического происхождения, так и возникающую при эрозии почв, капельно-жидкую воду (туман), частицы морской соли, газы, образующиеся во время лесных и степных пожаров, различные продукты растительного, животного или микробиологического происхождения.
Нижняя, преобладающая по массе, часть атмосферы называется тропосферой. Она простирается в среднем до высот 8—10 км в полярных широтах, до 10—12 км — в умеренных, до 16—20 — в тропических. Над тропосферой располагается стратосфера, от которой тропосфера отделена сравнительно тонким переходным слоем — тропопаузой. В стратосфере доля азота и кислорода снижается и увеличивается процентное содержание водорода, гелия и других газов. Именно между тропосферой и стратосферой находится озоновый слой, который поглощает большую часть ультрафиолетовой солнечной радиации, предохраняя живую природу планеты.
Выше стратосферы, продолжающейся до высоты 55— 95 км, простирается ионосфера (примерно до высоты 1000 км). Этот слой способен отражать радиоволны, что позволяет осуществлять дальнюю радиосвязь по всему земному шару (это явление обязано наличию здесь положительных и отрицательных ионов, а также свободных электронов). И наконец, ионосфера переходит в экзосферу — зону утечки легких газов атмосферы в космическое пространство.
Для жизнедеятельности человека наиболее важной частью воздуха является кислород. Через легкие он поступает в кровь, которая доставляет его вместе с питательными веществами в клетки организма. При повторном соединении кислорода с углеродом выделяется первоначальная энергия, стимулирующая работу мускулов, согревающая организм, обеспечивающая работу нервной системы, деятельность мозга, прохождения метаболических (т. е. обменных) процессов.
Загрязнение атмосферы.
Под загрязнением понимается процесс привнесения в воздух или образование в нем физических агентов, химических веществ или организмов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям. В определенном смысле загрязнением можно считать и изъятие из воздуха отдельных газовых ингредиентов (в частности, кислорода) крупными технологическими объектами. И дело не только в том, что попадающие в атмосферу газы, пыль, сера, свинец и другие вещества опасны для человеческого организма — они неблагоприятно влияют на круговороты многих компонентов на земле. Загрязняющие и ядовитые вещества переносятся на большие расстояния, попадают с осадками в почву, поверхностные и подземные воды, в океаны, отравляют окружающую среду, отрицательно сказываются на получении растительной массы.
Загрязнение атмосферы сказывается и на климате планеты. На этот счет существуют три точки зрения. 1. Наблюдающееся в текущем столетии глобальное потепление климата обусловлено возрастанием концентрации CO2 в атмосфере, а к середине будущего столетия произойдет катастрофическое потепление климата, сопровождающееся сильным возрастанием высоты уровня Мирового океана. 2. Загрязнение атмосферы снижает уровень солнечной радиации, повышает количество ядер конденсации в облаках, в результате поверхность Земли охлаждается, что в свою очередь может вызвать новое оледенение в северных и южных широтах (сторонников этой точки зрения немного). 3. Согласно сторонникам третьей точки зрения, оба эти процесса уравновесятся и климат Земли существенно не изменится.
Главные источники загрязнения атмосферы — предприятия топливно-энергетического комплекса, обрабатывающей промышленности и транспорт. Более 80% всех выбросов в атмосферу составляют выбросы оксидов углерода, двуокиси серы, азота, углеводородов, твердых веществ. Из газообразных загрязняющих веществ в наибольших количествах выбрасываются окислы углерода, углекислый газ, угарный газ, образующиеся преимущественно при сгорании топлива. В больших количествах в атмосферу выбрасываются и оксиды серы: сернистый газ, сернистый ангидрид, сероуглерод, сероводород и др. Самым многочисленным классом веществ, загрязняющих воздух крупных городов, являются углеводороды. К числу постоянных ингредиентов газового загрязнения атмосферы относятся также свободный хлор, его соединения и др.
Помимо газообразных загрязняющих веществ в атмосферу поступают десятки миллионов тонн твердых частиц. Это пыль, копоть, сажа, которые в виде мелких частиц свободно проникают в дыхательные пути и оседают в бронхах и легких. Однако и это еще не все — «по пути» они обогащаются сульфатами, свинцом, мышьяком, селеном, кадмием, цинком и другими элементами и веществами, многие из которых канцерогенны. С этой точки зрения особенно опасна для здоровья человека асбестовая пыль. К первому классу опасности также принадлежат кадмий, мышьяк, ртуть и ванадий. (Любопытны результаты сравнительного анализа, выполненного американскими учеными. Содержание свинца в костях скелета аборигена Перу, жившего 1600 лет назад, в 1000 раз меньше, чем в костях современных граждан США.)
С загрязнением атмосферы ассоциируется и такое специфическое явление, как кислотные дожди.
Явление парникового эффекта атмосферы.
В последние годы стало отчетливо понятно, что аналогия между обычным парником и парниковым эффектом атмосферы не вполне корректна. Еще в конце прошлого века известный американский физик Вуд, заменив в лабораторной модели парника обычное стекло на кварцевое и не обнаружив при этом никаких изменений в функционировании парника, показал, что дело не в задержке теплового излучения почвы стеклом, пропускающим солнечную радиацию. Роль стекла в данном случае состоит лишь в «отсечении» турбулентного теплообмена между поверхностью почвы и атмосферой.
Парниковый (оранжерейный) эффект атмосферы — это ее свойство пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение (в том числе, в отличие от условий обычного парника, и длинноволновое), способствуя аккумуляции тепла Землей. Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию, которая почти полностью поглощается земной поверхностью. Нагреваясь за счет поглощения солнечной радиации, земная поверхность становится источником земного, в основном длинноволнового, излучения, часть которого уходит в космическое пространство.
Ученые-исследователи продолжают спорить о составе так называемых парниковых газов. Наибольший интерес в этой связи вызывает влияние увеличивающейся концентрации углекислого газа (СО2) на парниковый эффект атмосферы. Высказывается мнение, что известная схема: «рост концентрации углекислого газа усиливает парниковый эффект, что ведет к потеплению глобального климата» — предельно упрощена и очень далека от действительности, так как наиболее важным «парниковым газом» является вовсе не углекислый газ (и не закись азота, не метан или хлорфторуглеводороды), а водяной пар. При этом оговорки, что концентрация водяного пара в атмосфере определяется лишь параметрами самой климатической системы, сегодня уже не выдерживают критики, так как антропогенное воздействие на глобальный круговорот воды убедительно доказано.
В качестве научных гипотез укажем на следующие последствия грядущего парникового эффекта. Во-первых, согласно наиболее распространенным оценкам, к концу XXI в. содержание атмосферного CO2 удвоится, что неизбежно приведет к повышению средней глобальной приземной температуры на 3—5 0С. При этом потепление ожидается более сильным в высоких широтах и соответственно станет более засушливым лето в умеренных широтах Северного полушария.
Во-вторых, предполагается, что подобный рост средней глобальной приземной температуры приведет к повышению уровня Мирового океана на 20—165 см за счет термического расширения воды. (Что касается ледникового щита Антарктиды, то его разрушение не является неизбежным, так как для таяния необходимы более высокие температуры. В любом случае, процесс таяния антарктических льдов займет весьма продолжительное время.)
В-третьих, концентрация атмосферного СО2 может оказать весьма благоприятное воздействие на урожаи сельскохозяйственных культур. Результаты проведенных экспериментов позволяют предполагать, что в условиях прогрессирующего роста содержания СО2 в воздухе природная и культурная растительность достигнут оптимального состояния: возрастет листовая поверхность растений, повысится удельный вес сухого вещества листьев, увеличатся средний размер плодов и число семян, ускорится созревание зерновых, а их урожайность повысится.
В-четвертых, в высоких широтах естественные леса, особенно бореальные, могут оказаться весьма чувствительными к изменениям температуры. Потепление может привести к резкому сокращению площадей бореальных лесов, а также к перемещению их границ на север. Леса тропиков и субтропиков окажутся, вероятно, более чувствительными к изменению режима осадков, а не температуры. Однако прогнозы предстоящих изменений осадков очень неопределенны.
В целом, парниковый эффект атмосферы — это уравнение со многими неизвестными. Большая часть ученых полагает, что потепление реально проявится. Более того, многие утверждают, что глобальное потепление (примерно на 1° в XX в.) уже произошло (по крайней мере, его первая фаза), но оно было как бы замаскировано естественными климатическими изменениями. Однако есть ученые, считающие, что, как это ни парадоксально, ускоряющееся накопление СО2 может привести не к потеплению, а к похолоданию. Подобное мнение основывается на том, что прогноз «перегрева» Земли при удвоении концентрации СО2 в воздухе сделан исходя из ошибочной оценки парникового эффекта этого газа. Считается, что сторонники «перегрева» не учитывают колоссальной роли вод Океана в поглощении антропогенного С02 и недооценивают значения наземной биоты, и следовательно, почв как мощных ассимиляторов «избыточной» атмосферной углекислоты.
Истончение озонового слоя атмосферы.
Как известно, жизнь на Земле появилась только после того, как образовался охранный озоновый слой планеты. Многие века ничто не предвещало беды. Однако в последние десятилетия было замечено, что примерно с 1975 г. каждой весной над Антарктидой образуется так называемая озоновая дыра: содержание озона в стратосфере над шестым континентом снижается до 50%. Позже угроза обозначилась и на Севере — озоновый слой там сократился на 10%, а это уже непосредственно касается густонаселенных стран Европы и Северной Америки.
Ученые полагают, что изменяющаяся озоновая обстановка непременно скажется на состоянии растительного и животного мира. Урожайность некоторых сельскохозяйственных культур может резко упасть. Изменившиеся условия скажутся и на микроорганизмах — на том же планктоне — основном корме морских обитателей. Увеличение дозы ультрафиолетовых лучей может резко ослабить иммунную систему человека и вызвать многие заболевания (глазные, рак кожи и т. д.).
В чем причины появления озоновых дыр? Есть разные варианты научных объяснений и прогнозов (возможно, виноваты циклы в природе, может быть этого явления не замечали раньше, когда не было ни станций в Антарктиде, ни современных приборов и т. п.). Однако большинство авторитетов сходятся в одном: основная причина в концентрации хлорфторуглеродов (фреонов).
Это антропогенные вещества и химические соединения, используемые в производстве аэрозолей, хладагентов (в холодильниках), растворителей и т. д. Их широкое применение в течение нескольких десятилетий не вызывало никакой тревоги. В нижних слоях атмосферы они не вступают ни в какие химические реакции и не оказывают токсичного действия. Но именно эта «инертность» позволяет им подниматься в стратосферу.
Как известно, стратосферный озон образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения на молекулы кислорода (О + O2 -> О3), но туда попадают и атомы хлора, входящие в состав «вторгающихся »хлорфторуглеродов, именно они наиболее эффективно разрушают слой озона (Cl + О3 -> СlО + О2). Цикл начинается с того, что в присутствии атома хлора молекула озона расщепляется с образованием моноксида хлора (СlО) и молекулярного кислорода, а затем идет новый разрушающий цикл, «подхватываются» новые атомы кислорода (СlО + О -> Сl + О2), хлор «подхлестывает» новый этап разрушения.
Итак, главный «виновник» истончения озонового слоя — хлорфторуглероды (фреоны). До последних лет их производство в мире быстро росло: одни США давали 50% общей суммы (около 1 млн т). Вот почему в мире ширится движение за полную приостановку выпуска фреонов. В 1987 г. в Монреале состоялась .Первая международная конференция по озоновому слою, где приняли решение сократить выпуск хлорфторуглеродов к концу нынешнего столетия на 50%. Но уже через два года (в 1989 г.) в Лондоне собрались представители из 122 стран и потребовали немедленного прекращения выпуска продукции хлорфторуглеродов.
Сложность ситуации заключается в том, что некоторые страны (среди них Индия и КНР) требуют безвозмездной передачи новых западных технологий, так как они не могут согласиться с экономическим ущербом, связанным с демонтажом недавно установленного (экологически грязного) оборудования.
Предлагаются и иные альтернативные (подчас «полуфантастические») решения: устранение загрязняющих веществ в атмосфере с помощью лазеров, распыление искусственного озона с самолетов, на которых будут установлены мощные генераторы этого газа, и т. д.
Практическая работа №1.
Данные источника выбросов (Вариант №17):
Загрязняющее вещество |
Высота трубы, м |
Диаметр устья трубы, м |
Температура ГВС, ºC |
Выброс загрязняющего вещества, г/с |
ПДК с.с. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Диоксид углерода Зола Сажа Свинец |
37 |
1.6 |
114 |
3.9 5.7 14.0 1.8 |
3.0 0.5 0.05 0.0003 |
|
|
|
-
Находим Cmax=A*M*F*m*n*Г*H-2*(V1*∆T)-1/3
A – 200 |
F – 1 |
Г – 1 |
H – 37 м |
Wср – 7 м/с |
V1 = 0.785D2*Wср. = 0.785 * 1.62 * 7м/сек = 14,0672
∆T = Tr – T0º C = 114 – 24.7= 89,3º C
f = (Wmax2*D/H2*∆T)*1000 = (72 * 1.6 / 372 * 89,3) * 1000 = 0,641
т.к. f < 100, то:
m = 1/(0.67+0.1*f0.5+0.34*f1/3) = 1/(0.67+0,080+0,293) = 1/1,043 = 0,958
Vm = (V0*∆T/H)1/3 * 0.65 = (1.978*89.3/37)1/3 * 0.65 = 1,683*0.65 = 1,094
т.к. 0.5 ≤ Vm < 2, то:
n = 0.532 * Vm2 – 2.13* Vm + 3.13 = 0,636804 - 2,33022 + 3.13= 1,436
Cmax(Диоксид углерода) = 200*3.9*1*0.958*1.436*1*37-2*(14.067*89.3)-1/3 = 0,0726
Cmax(Зола) = 200*5.7*1*0.958*1.436*1*37-2*(14.067*89.3)-1/3 = 0,1061
Cmax(Сажа) = 200*14.0*1*0.958*1.436*1*37-2*(14.067*89.3)-1/3 = 0,2607
Cmax(Свинец) = 200*1.8*1*0.958*1.436*1*37-2*(14.067*89.3)-1/3 = 0,0335
-
Определяем xmax = ((5-F) / 4)*k*H
Т.к. f<100 и 0.5 ≤ Vm < 2, то: k=4.95 * Vm *(1+0.28f1/3)=4.95*1,094*(1+0.28*0,6411/3)= 7,173
xmax= (5-1) / 4* 7.173*37=1*7.173*37=265,401