Стартовый курс лекций по экологии для гуманитарных специальностей ВУЗов

Экология (архив лекций для ВПО ф-т«РиД») 20/09

Экологические факторы и их действие.

Экологическими факторами  называют элементы среды, оказывающие  существенное влияние на живой организм. Они по своим особенностям весьма разнообразны, имеют различную природу  и специфику действия. Экологические  факторы делятся на 3 большие группы:

1. Абиотические (факторы неживой среды):

- климатические (температура, влажность, свет). Любой организм способен жить в пределах определенного интервала температур. Температурные пределы, в которых жизненные процессы протекают нормально называются биокинетическими температурами. Энергия солнца – основной источник жизни на планете, как экологический фактор – длина волн.

- эдафические- совокупность физических и химических свойств почв (структура, хим состав, циркулирующие в почве вещества. Эдафическими факторами определяется жизнедеятельность организмов, обитающих в почве.

-топографические

- гидрофизические (все что связано с водой). Роль воды как экологического фактора определяется как ее физическими так и химическими свойствами. Вода – среда обитания различных организмов и с другой стороны все живые организмы состоят из воды.

- гидрохимические -//-//-

2. Биотические (связанные с влиянием живых организмов или в целом с живой природой) – вся сумма воздействий, которые оказывают друг на друга живые организмы (бактерии, растения, животные), прямые воздействия одних на другие. Они складываются на основе совместного обитания, питания и размножения.
3. Антропогенные ( все, что связано с деятельностью человека) – воздействие на организмы общественной среды, т.е. все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению среды обитания организма.

27.09.11

АТМОСФЕРА.

Атмосфера – слой воздуха, окружающий землю. Суммарная  масса земной атмосферы 5,3*10¹⁸ кг. ~90% массы воздуха находится на высоте < 15 км, 99% < 30 км, 99,99% < 48 км. Чистый воздух лишенный загрязнений является идеалом, не встречающимся в природе, 20 мг³ – среднее содержание пыли в незагрязненном воздухе за счет выветривания с поверхности земли, извержения вулканов и тому подобного.

Загрязнение атмосферы.

…  - результат  выбросов загрязняющих веществ из различных  источников.

 

Динамика загрязнения.

Время пребывания некоторых  веществ в атмосфере: диоксид  углерода СО₂ 5-10 лет, водород Н₂ 4-8 лет, метан СН₄ 4-7 лет, оксиды азота 2,5-4 года.

Тонкодисперсные частицы (в основном пыль): чем ниже у поверхности  земли, тем быстрее опадают. Непосредственно  у поверхности земли 1-5 суток, в  тропосфере (10-15км) 5-10 суток, в стратосфере  до 1 года.

Классификация загрязнений.

Загрязнения – значительное число действий и явлений, ведущих  к ухудшению исходного природного качества атмосферы.

В более узком  смысле выброс твердых, жидких и газообразных загрязняющих веществ.

К загрязнению атмосферы  относиться и выброс большого количества водяного пара. Это ведет к ухудшению  видимости (из-за тумана), гололедице на дорогах, повышению коррозионного  воздействия атмосферы и тд.

Загрязнением атмосферы  помимо выбросов в воздух материальных частиц считаются также приводящие к ущербу выбросы энергии, выбросы  теплоты, шум, вибрации, излучения (радиоактивные, электромагнитные, высокочастотные и др.).

В зависимости от места образования следует различать  первичное загрязнение (результат выброса непосредственно из источника загрязнения), и вторичное (результат химических превращений веществ в атмосферу или химизм атмосферы: химические реакции, приводящие к изменениям газообразных веществ атмосферы), изменение степени агрегирования (превращение некоторых газообразных веществ в тонкодисперсные частицы, которые остаются в верхних слоях атмосферы), а также фотохимические превращения, в которых в результате сложных взаимодействий загрязняющих веществ в сочетании с солнечным излучением образуются фотохимические смоги.

11/10/11

Выделяют загрязняющие вещества  с запахом. Вещества, обладающие запахом не являются отдельной группой загрязняющих веществ - органические или неорганические пары, наличие которых ощущается человеком. Дифференциация по запаху является скорее субъективной и качественной, нежели количественной характеристикой.

 

Примеры оценки запахов.

 

СМОГ.

Увеличение задымленности  воздуха ведет к ухудшению  микроклимату города. Обычно теплый воздух поднимается в вышележащие холодные слои, унося за собой значительную часть загрязнений. Изредка слой теплого воздуха образуется вблизи от земли над холодным слоем, возникает  температурная инверсия, следствием которой является нарушение циркуляции воздуха, в результате ядовитые выбросы  скапливаются непосредственно над  землей.

1 тип – Лондонский  смог – смесь дыма и тумана. 1952г за 3-4 дня убил более 4000 человек. Зона высокого давления и безветренная погода. Смог содержал несколько сот тонн дыма и сернистого ангедрида.

2 тип – Лос-Анжелеский (фотохимический смог) – впервые начал наблюдаться в 30е годы 20в. В теплое время года стал появляться сухой туман желто-зеленого или сизого цвета.  Основной причиной образования является сильное загрязнение городского воздуха газовыми выбросами предприятий химической промышленности и выхлопными газами автомобилей. Фотохимический туман возникает в загрязненном воздухе, в результате фотохимических реакций, проходящих под действием ультрафиолетовой солнечной радиации на газовые выбросы. В процессе этих реакций возникают вещества, значительно превосходящие исходные по своей токсичности.  

Кислотные дожди.

Химические реакции  с участием некоторых газообразных загрязняющих веществ, приводящие к  образованию кислот вызывают повышение  кислотности осадков. Основными  загрязняющими веществами являются: диоксид серы, который превращается в серную кислоту и оксиды азота, которые прекращаются в азотную  кислоту. Примерно 2/3 приходится на диоксид  серы – это продукты сжигания, 1/3 на оксиды азота, источниками которых  являются в основном выхлопные газы. При нормальных условиях чистая дождевая вода имеет слабую кислотность за счет растворенного атмосферного диоксида углерода, образующего угольную кислоту. У кислотных дождей РН ниже. Кислотность  дождей впервые наблюдал и описал Смит в Англии. В середине 19 века он изучал химизм осадков вокруг Манчестера и впервые употребил термин кислотный дождь. РН = 4,5 – вода, умерщвляющая рыбу. В промышленных районах сталь ржавеет в 20 раз, а AL разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельской местности.  

18/10/11

ГИДРОСФЕРА.

Гидросфера –  одна из оболочек земли, объединяет все  свободные воды, которые могут  передвигаться под влиянием солнечной  энергии и сил гравитации, переходить из одного состояния в другое. Гидросфера тесно связана с другими оболочками земли (атмосферой, биосферой и литосферой). Воды земли находятся в непрерывном  движении, круговорот воды связывает  воедино все части гидросферы, образуя замкнутую систему океан-атмофера-суша.

Вода – самое  распространенное в биосфере вещество, важнейший природный ресурс, на 88,8% состоит из кислорода, на 11,2% из водорода.

Вода, покрывающая 70% поверхности земного шара становится, в наши дни одним из самых дефицитных ресурсов.

Акватория мирового океана составляет 70,8%, на сушу приходится 29,2%. Однако суша включает 3% площади  покрытой внутриматериковыми водами (реки, озера, водохранилища), 11% покрыто льдом, 4% болота и заболоченные местности.

На каждый см² земной поверхности приходится 273 литра воды, из них 268,4л – океаническая вода, 4,5л – лед, 0,1л – пресная вода. Больше на земле соленой воды - 97,6%.

Распределение воды по поверхности и в толще земли: на подземные воды приходится 36% мировых  ресурсов пресной воды, поверхностные  воды: ледники 99,21%, озера 0,73%, болота 0,05%, реки 0,01%.

Атмосферные воды –  это главным образом водяной  пар и его конденсат, большая часть которого содержится в нижнем слое атмосферы до высоты 5км.

Почвенная влага  – вода, содержащаяся в поверхностных  слоях земли. По мере увлажнения в  почве образуется пленочная вода, а затем и капиллярная, которая  поднимается вверх от уровня грунтовых  вод.

Основные  источники загрязнения.

1. Сброс сточных вод промышленными предприятиями, ЖКХ, СХ. В промышленном производстве вода используется как теплоноситель, поглотитель, растворитель или как средство транспортировки. Многие предприятия машиностроения, металлообработки и др. используют воду для охлаждения. Иногда достигает до 80% от всего количества воды, используемой в производстве.
2. Поверхностный сток.
3. Водный транспорт.
4. Аварийные ситуации (аварии судов, нефтяных танкеров).
5. Загрязнение из атмосферы.
6. Добыча полезных ископаемых.

25/10/11

Сточные воды.

Чистейшие скандинавские  озера становятся частично мертвыми, так как там возрастает кислотность  из-за кислотных дождей и вымирает вся структура. Причиной этого является загрязнение атмосферы в Англии. Так же загрязнение транспортом (двигатели внутреннего сгорания). С точки зрения загрязнения атмосферы  может быть так же вреден электротранспорт с точки зрения э-м излучений. Так же перевозки (разливы нефти в результате аварийных ситуаций на танкерах). Нефтедобыча (донная) так же может быть причиной загрязнения. Прошлогоднюю аномальную жару увязывают, например, с аварией в мексиканском заливе (Атлантика была покрыта пленкой нефти и мешала испарению). Это реальная причина, не лишенная логики и основы. Все загрязнения носят глобальный характер. Трансграничные и климатические. С той же Камой. С территории УР река вытекает чистой, а после прохода через территорию Пермского Края и Башкортостана возвращается загрязненной. А этой водой питается часть Ижевска и Сарапул. Существует ПДК. До неё доза считается допустимой. Начиная с неё – это опасная концентрация. Что касается камской воды, что бы ею пользоваться необходимо сперва очистить её, причем у нас водозабор идет в р-не Воткинского водохранилища, которое вдоль трассы, на границе с Пермским краем. 

Основные методы очистки сточных вод и обработки  осадков.

Все этапы очистки  стон вод  рассчитаны на виды загрязнения. Если представить загр которые идут по населенным пунктам – это идет на очистные сооружения. Это идет разом и уловить что куда направляется просто не возможно. А так же очистные сооружения после города .Многие развитые страны, которые желают поддерживать чистоту водоемов люди располагают сток выше по течению реки относительно водозабора.

Минеральные вещества – 42%

Органические вещества – 58%

Методы, применяемые  для очистки сточных вод, делятся  на три основные группы:

1. Механические. Механическая очистка производится для выделения сточной воды, находящихся в ней нерастворенных, грубодисперсных примесей, путем процеживания, отстаивания и  фильтрования через различного вида решетки и сита. Для выделения взвешивания веществ с меньшей или большей плотностью, чем плотность воды применяют отстаивание. Вещества, более легкие, чем вода выделяются маслоуловителем, нефтеловушками и тд. Для освобождения от очень мелкой … применяется фильтрование путем пропуска через слой зернистого материала, на поверхности или в толще которого, задерживается выделяемая смесь.
2. Физико-химические методы очистки заключаются в том, что в очищаемые воды вводят какое-либо вещество, реаген, овулян, вступает в химическую реакцию с находящимися в воде примесями. Эти вещества способствуют более полному выделению нерастворенных примесей в растворимые, растворенные в нерастворимые или растворимые в растворимые, но безвредные, изменяют реакцию сточных вод, нейтрализуют их, обесцвечивают окрашенную воду и тд. Возможна достаточно глубокая очистка сточных вод физико-химическими методами. Этот метод может быть как промежуточным, так и окончательным.
3. Биологические. Основаны на жизнедеятельности живых организмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов и в растворенном виде и являющихся для микроорганизмов источником питания. Применяются аэротенки, биофильтры и аэрофильтры. Интенсивность очистки определяется окислительной мощностью сооружений, что способствует повышению содержания растворенного кислорода в воде.

Дезинфекция и обеззараживание.

При любой очистке  образуется ОСАДОК СТОНЫХ ВОД. На каждой стадии образуется тот или иной осадок – его надо как то утилизировать. Раз образуется осадок то на каждой стадии следует его правильно уничтожить. Но после органической очистки образуется ил. Он начинает вторично загрязнять воду. Этот илистый осадок в том же ижевском пруду образуется в огромном количестве. Как его использовать – вот тот вопрос, на который не все знают ответ. Но в германии допустим существуют отвалы ила, которые могут свободно использоваться гражданами для удобрения почвы на полисадничках. Более того, если это небольшой населенный пункт где существуют только бытовые загрязнения без производственных включений, то можно всегда использовать даже в виде органо-минеральных удобрений под плодово-ягодные культуры. В Ижевске промышленность и в иле и в осадках и в воде и везде существуют тяжелые металлы. Город достаточно большой. В осадок ила попадают тяжелые металлы в большом кол-ве и они могут насытить собой почву и продукты питания, выращенные на ней. В таком случае как наш – этот метод утилизации ила категорически не рекомендуется.