2014-02-24
677
1. Формулировка допустимой нагрузки, ее теоретическое и экспериментальное определение необходимо для решения следующих задач:
1) при проектировании и осуществлении хозяйственного развития, строительстве городов, рекреационного развития региона;
2) при определении приоритетов в деятельности по защите человека и окружающей среды в зонах интенсивного антропогенного воздействия;
3) для определения экономических последствий воздействия и мер, направленных на уменьшение таких воздействий;
4) для построения оптимальных систем мониторинга состояния окружающей среды.
2. Для обеспечения достаточно высокого качества окружающей природной среды необходимо:
а) для нормального функционирования экосистем – не превышение ПДЭН на данную экосистему (учитывают все факторы комплексного воздействия);
б) для обеспечения отсутствия нежелательных последствий у отдельных популяций – не превышение таких величин, которые обеспечивают высокое качество природной среды (ПДК для человека, отдельных видов промысловых рыб).
Значение ПДЭН опираются в настоящее время на понятие устойчивости экосистемы или критическое состояние экосистемы, когда резерв прочности отсутствует. При достижении ПДЭН экосистема может начать разрушаться. И в этом случае можно ввести понятие допустимой экологической нагрузки (ДЭН), основанной на схожих с ПДК представлениях. Тогда также возникает резерв прочности (экологический резерв), основанный на разности между ДЭН и ПДЭН.
Тема № 10 Ресурсы Земли и их рациональное использование
§ 10.1 Классификация природных ресурсов
Природные ресурсы подразделяются на следующие категории:
1. Минеральные ресурсы, являющиеся верхними частями литосферы, которые обеспечивают материальные нужды общества в различных областях хозяйственной деятельности.
2. Энергетические ресурсы, обеспечивающие энергетические потребности человечества.
3. Рекреационные ресурсы, обеспечивающие отдых и восстановление здоровья и трудоспособности человека.
4. Эстетические ресурсы – сочетание природных факторов, положительно воздействующих на духовное богатство людей.
Существует несколько классификаций природных ресурсов, рассмотрим одну из них.
Классификация природных ресурсов
I. По принадлежности к компонентам окружающей среды
1. ресурсы атмосферы (воздушные ресурсы);
2. ресурсы гидросферы (водные ресурсы);
3. ресурсы литосферы (земельные и минерально-сырьевые ресурсы);
4. ресурсы биосферы (биологические ресурсы).
II. По происхождению и характеру использования
1. Биологические;
2. Минеральные;
3. Энергетические (естественного и техногенного происхождения).
III. По степени исчерпаемости
1. Неисчерпаемые
· Солнечная;
· Гравитационная;
· Геотермальная;
· Ветровая энергия;
· Энергия океанических волн, текущие воды.
2. исчерпаемые
· Возобновимые (чистый воздух, вода, плодородная почва, растительный и животный мир).
· Невозобновимые (ископаемое топливо, металлическое минеральное сырье (железо, медь и др.), неметаллическое минеральное сырье (глина, песок, фосфаты и др.).
§ 10.2 Биологические ресурсы
Биологические ресурсы Земли – это все живые организмы, их популяции и сообщества, обеспечивающие полноценное существование современного человека и его будущих поколений.
Отличительная черта биологических ресурсов – их возобновляемость.
Биологические ресурсы делятся на категории:
1) жизнеобеспечивающие системы биосферы;
2) биоресурсы, непосредственно вовлеченные в хозяйственную деятельность человека;
3) ресурсы, необходимые для гармоничного духовного и физического развития людей.
§ 10.3 Земельные ресурсы
Земельный фонд – совокупность всех земель (страны, области), входящих в следующие категории:
· с/х;
· населенных пунктов;
· промышленные, транспорт, курорты, горных разработок, заповедников;
· государственный лесной фонд;
· водный фонд;
· земли государственного запаса.
Земельный фонд планеты составляет 129 млн. км2 или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние насаждения в составе с/х угодий занимают 15 млн. км2 (10 % суши).
Общий земельный фонд Украины составляет 60, 35 млн. га, из них – пашня 33,4 млн. га (55%).
В последнее время в использовании земель просматриваются две противоположные тенденции:
1. Сокращение площади с/х земель, типичное для развитых стран;
2. Увеличение площади с/х земель для развивающихся стран, особенно расположенных в Южной Америке и Африке.
§ 10.4 Водные ресурсы.
Под водными ресурсами понимают пригодные для использования воды Земли: речные, озерные, морские, подземные, почвенные, воды искусственных водоемов, лед горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы, исключая связанную воду, входящую в состав минералов и живого вещества.
Запасы воды на земле более 1,46 млрд. км3. Однако лишь сравнительно небольшая часть их – пресные воды, пригодна для непосредственного использования в хозяйстве (94% воды в Мировом океане).
§ 10.5 Воздушные ресурсы
Атмосферный воздух является источником кислорода для дыхания и технологических процессов, углекислого газа для фотосинтеза он защищает живые существа от вредных космических излучений, регулирует климат, переносит воздушные пары по планете.
Воздух – среда обитания для летающих форм организмов, он влияет на плодородие почвы, служит источником химического сырья и энергии, принимает на себя газообразные и пылевые отходы промышленности и т.д.
§ 10.6 Минерально-сырьевые ресурсы
Минерально-сырьевые ресурсы – важнейший компонент природной среды широко используемый в жизни общества. Они относятся к невозобновляемым природным ресурсам.
В земной коре содержится более 90 различных химических элементов. Минеральные их виды, используемые производственной деятельностью общества, называются полезными ископаемыми (ПИ).
Виды ПИ:
- металлические (рудные): самородные металлы, руды черных и цветных металлов и среднеземельных элементов;
- неметаллические (нерудные): минеральные соли, сера и т.д.;
- горючие (топливные): нефть, газ, каменный и бурый уголь, горючие сланцы, торф.
§ 10.7 Рациональное использование природных ресурсов
Природопользование – это теория и практика использования человеком природной среды и природных ресурсов.
Рациональное природопользование – это система деятельности, направленная на наиболее экономичную эксплуатацию природных ресурсов, их эффективное воспроизводство с учетом перспективных интересов человечества.
Нерациональное природопользование – система деятельности, не обеспечивающая сохранения природно-ресурсного потенциала планеты.
Методы рационального использования природных ресурсов:
1. Создание новых высокоэффективных способов геологической разведки ПИ;
2. Разработка ресурсосберегающих методов добычи;
3. Сокращение потерь сырья на всех этапах освоения и использования запасов недр, особенно на стадиях обогащения и переработки;
4. Комплексное использование минерального сырья;
5. Создание безотходных производств, работающих по замкнутому циклу, что является экономически целесообразным;
6. Создание новых веществ, органический синтез минерального сырья.
Тема № 11 Производство энергии – проблемы и пути решения
§ 11.1 Топливо-энергетический комплекс
Основой развития современного общества является энергетика. От состояния топливно-энергетического комплекса (ТЭК) зависят темпы научно-технического прогресса (НТП), интенсивность производства и жизненный уровень населения.
Влияние на биосферу ТЭК:
1) Возобновляемые источники энергии постоянно участвуют в биосфере и их использование не приводит к изменению теплового баланса Земли;
2) Использование невозобновляемых источников приводит к дополнительному нагреву окружающей среды, помимо загрязнения вредными веществами.
По подсчетам ученых запасы энергетических ресурсов оцениваются следующим образом (см. табл. 11.1).
Таблица 11.1
Мировые запасы энергетического сырья, Q
| Запасы | Уголь | Нефть | Природный газ | Уран | Дейтерий |
| Разведенные | 17,7 | 3,7 | - | ||
| Общие | 266,0 | 16..20 | 4,5 | 19,0 |
Примечание: 1Q = ТУТ, 1ТУТ – 1 тонна условного топлива и равна 1 т каменного угля, 2,5 т бурого угля, 0,7 т нефти, и 770-850 м3 газа. Теплота сгорания 1 ТУТ составляет 29430 кДж/кг.
Мировые запасы делят на разведанные и геологические, которые рассчитаны с низком уровнем вероятности.
По прогнозам ученных, при сохранении современного темпа использования минерального топлива, запасы его будут исчерпаны через 130 лет. Сжигание минерального сырья и особенного нефти является нерациональным методом получения энергии (около 70% вырабатывают ТЭС).
§ 11.2 Экологическое влияние энергетики
1. Экологическое влияние ТЭС
Производство электроэнергии на ТЭС сопровождается выделением большого количества тепла, и поэтому такие электростанции строятся вблизи городов для их теплоснабжения.
КПД генераторов достигло своей границы (40%) и дальнейшее увеличение до 60% возможно только при применении магнитно-гидродинамических (МГД) генераторов. Но такие генераторы еще не нашли широкого применения из-за недостаточно полного изучения их метода работы. И все же, несмотря на недостатки ТЭС, 70% всей энергии вырабатывается с помощью сжигания топлива, а это в свою очередь приводит к значительному загрязнению окружающей среды.
1. Загрязнение атмосферы газообразными и пылевыми выбросами:
– Углекислый газ (СО2), концентрация которого увеличивается на 0,25% год {увеличение СО2 в 2 раза приводит к увеличению температуры на 1,50С);
– Оксиды серы и азота приводят к кислотным дождям;
– Летучая зола, фтористые соединения, приводят к уменьшению концентрации озона.
2. Радиоактивное загрязнение
Угольные породы содержат природные изотопы следующих элементов: радий-210, торий-232, калий-40, и др. Но до этих изотопов животный и растительный мир приспособился. Более опасным является применение АЭС.
3. Тепловое загрязнение водоемов
При работе турбин, отработанный пар охлаждают водой. Поэтому от ТЭС непрерывно отходят потоки воды, нагретой до 8-12 0С и сбрасываемый в водоемы.
В результате подогрева воды происходит «цветение» воды, меняется физические свойства воды, ускоряется все химические и биологические процессы увеличивается РН
4. Загрязнение земной поверхности силикатами и золою
Шлак, сажа и зола загрязняют с/х земли и водоемы, вызывают коррозию деталей машин. Особенно опасно для здоровья людей частицы неполного сгорания топлива, в которых содержаться канцерогенные вещества.
5. Изъятие земли под карьеры и отвалы шлака
Открытый способ добычи угля является более рациональным с экономической точки зрения чем подземный. Поэтому карьеры занимают огромное пространство земли. Сотни гектаров земли занимают отвалы пустых пород угольных шахт, а также шлаков и золы о ТЄС.
2. Отчуждение земель под линии электропередач (ЛЭП)
Вокруг ЛЭП и другого электрооборудования возникает электромагнитное поле. Его напряженность тем больше, чем выше передаваемая с помощью ЛЭП напряжение (современный ЛЭП мощностью до млн. киловатт имеют напряжение 500 КВ.)
Длительное действие на организм человека или животного электромагнитного поля вызывает негативное последствие.
Электромагнитное поле вызывает колебание молекул в клетках организма, что приводит к выделению тепла, и в результате организм разогревается изнутри, что очень опасно.
Меры борьбы:
Санитарная зона под ЛЭП - 2-3 км. (1,5 млн. КВ), разработка новых способов передачи энергии на расстоянии.
3. Экологическое влияние АЭС
Этапы получения энергии с помощью АЭС (16% всей энергии)
1. Стадия добычи угля на урановых рудниках. Огромные отвалы пустых пород, которые обладают слабой радиоокативностью.
2. Обогащение урановых руд.
3. Использование топлива в ядерных реакторах.
4. Транспортировка
5. Обработка и захоронение радиоактивных отходов.
По подсчетам 1 блок АЭС работает 30-40 лет, а затем требует полной консервации. Причем затраты на закрытие АЭС сопоставимы с ее строительством.
4.Экологическое влияние ГЭС
С помощью ГЭС вырабатывается до 20% всех энергии в мире.
Преимущество ГЭС перед ТЭС:
- совсем не засоряют воздух вредными веществами
- ГЭС в энергосистеме более эффективно используется для снятие пиковых нагрузок
- Улучшение судоходства
Недостатки:
- строительство ГЭС на равнине приводит к затоплению большой территории (Днепровский каскад 7 тыс. км2)
- изменение уровня грунтовых вод, обвалы берегов, заболачивание территорий
- изменение гидрологического режима рек, слабая самоочистка и водообмен, «цветение» вод
- рыбы отрезаны от мест нереста, много рыб гибнет в лопастях турбин.
Методы борьбы:
Создаются мини ГЭС в которых генератор сконструирован вместе с турбиной (отпадает необходимость в плотине).
Мощность 100-500 Кватт достаточное для фермы, малого предприятия и т.д.
Установка на малых реках в труднодоступных местах (для подвода ЛЭП). Строительство ГЭС в горных районах.
6.4.Нетрадиционные виды энергии.
К альтернативным видам энергии относят в основном:
Энергию ветра, солнечную энергию и геотермальную.
Ученые оценивают запасы альтернативной энергии следующим образом.
| Вид энергии | Значения Q |
| Ветер | 0,4 |
| Морские волны | 0,03..0,08 |
| Морские приливы | 0,08..0,2 |
| Тепло океана | 0,08 |
| Тепло земли | 0,2 |
| Солнечная энергия |
1. Энергия ветра
По расчетам ученых общий ветровой потенциал Земли в 30 раз превышает годовое потребление электроэнергии в мире.
Для нормальной работы ветровых двигателей необходимо чтобы скорость ветра была более 6-8 м/с в среднем за год. Устанавливается на побережье морей и океанов, степи, тундре, горах. В Украине возможна установка в Крыму, Карпатах, Южные степные зоны.
Во время работы ВЭС окружающая среда не подвергается загрязнению. Единственное отрицательное влияние – низкочастотный шум ветряков, а также случайная гибель птиц, которые случайно попадают в лопасти ветродвигателей.
В Украине первая ВЭС была построена в 1931 году вблизи Севастополя ее мощность 100 КВатт и обеспечила город на 10 лет. (Юрий Кондратк). В перспектива Крымский полуостров: можно установить 30 тыс. ВЭС на Арабатской стрелке общей мощностью 3 млн. Кватт экономически чистой энергии
2. Энергия морей и океанов.
Мировой океан содержит огромнейший энергетический потенциал:
1. Энергия солнца, накопленная океанской водой; энергия морских течений, волн, прибоя, разность температур.
2. Энергия притяжения Луны и Солнца – морские приливы и отливы
– Первая электростанция, которая использовала энергию морских волн, была построена в 1970 в г. Берген (Норвегия) мощностью 350 КВатт и обеспечивала энергией 100 домов селения (принцип действия: в специальном буе – поплавке под действием волн колеблется уровень воды это приводит к сжатию воздуха, который двигает турбину, при этом метровая волна дает 30 КВатт энергии).
– На разнице температур.
В тропической зоне разница температур составляет 220С.
В специальный теплообменник закачиваевается насосами холодная глубинная вода и нагретая солнцем вода. Рабочий агент (фреон) поочередно испаряется и переходит в жидкое состояние в разных частях теплообменника. Пар фреона двигает турбину генератора. Подобная установка работает на тихоокеанском острове Фауро и вырабатывает 100 Кватт энергии.
– Разработаны и действуют электростанции которые используют энергию морских приливов. Строительство выгодно там, где прилив бывает самым сильным (залив Фанды 17 м, пролив Ла-Манш – 15 м., Пенжинскайский залив Охотского моря –13 м. и.т. д.
В настоящее время работают несколько приливных станций: в устьи реки Роне на побережье Ла-Манша (Франция) мощностью 240 Кватт и Кислогубская в Кольском заливе (Россия) мощностью 400 КВатт.
Работа данных электростанций не загрязняет окружающую среду так как они только преобразуют энергию ветра и приливов в другую форму энергии.
3. Энергия подземного тепла
Как известно при увеличении глубины увеличивается температура 300С на 1 км. За оценками ученых в земной коре на глубине 7-10 км. Аккумулируется тепло общее количество которого в 5 тыс. раз больше теплоемкости всех видов ископаемого топлива. Теоретически 1 тепла, которое содержится в земной коре на глубине 5 км. хватило бы на 4 тыс. лет.
Лучше всего используется геотермальная энергия Исландии и Камчатки. Сорок лет Рейкьявик полностью отапливается подземным теплом. В Украине: Карпаты и Крым.
Недостатки – минерализованая оборотная вода.
4. Энергия Солнца.
Солнце является самым мощным источником экологически чистой энергии. На каждый квадратный метр поверхности земной атмосферы падает 1300 Ватт солнечной энергии. Но часть ее отражается в космос, часть рассеивается в атмосфере. Наибольшая интенсивность солнечной энергии на экваторе. До 2300 КВтч/м2 за год, для Украины (450 северной широты) примерно 190 КВтч на м2 При это 3,5% солнечной энергии может обеспечить человечество на неограниченное время. Существует несколько направлений использования солнечной энергии:
– Получение электроэнергии
– Бытовое тепло
– Высокотемпературное тепло в промышленности
– На транспорте
Методы
1. Непосредственное преобразование солнечных лучей в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических генераторов (солнечных батарей). Кремниевые батареи имеют КПД 18-20%, а селит-галиевые – до 23%. Сейчас американские ученые разрабатывают двухкаскадные генераторы с КПД до 40% (космические станции: 10КВт с площади 100м2) энергия солнечных батарей используется в ретрансляторах, навигационных маяках и т.д.
Создание крупных солнечных электростанций сдерживается их большой стоимостью, но в перспективе их стоимость будет снижаться, а себестоимость электроэнергии от ТЭС и АЭС увеличиваться.
2. Использование теплового действия солнечных лучей (паротурбины, термоионные и термоэлектрические генераторы.)
Экспериментальные станции возле Керчи (1200 КВт.). В центре окружности диаметром 500 метров установлена 70 м. башня с парогенератором на вершине. Башню окружают 1600 гелиостатов движущихся зеркал 5*5 м. отслеживая солнца (с помощью ЭВМ) гелиостаты нагревают воду в парогенераторе башни до температуры 300 0С. Пар двигает турбину с генератором.
Разработаны солнечные дома (США, Туркменистан, Узбекистан). Стены и крыши покрыты специальными коллекторами тепла (температура = 950С). Планируется установка в США до 2020 г. до 35% домов.
Солнечную энергию также можно использовать в транспорте. В 1982 г. автомобиль на солнечных батареях проехал Австралию с Запада на Восток и прошел расстояние около 4 тыс. км со скоростью 30 км/ч.
5. Биоэнергетические технологии.
Вокруг городов образуется огромное количество отходов, которые занимают тысячи гектаров земель и отравляют воду и воздух (техногенное месторождение).
Существует ряд технологий по переработки этих отходов в энергию:
1. Сжигание отходов в специальных заводах, получая тепло и электроэнергию, но этот метод сопровождается загрязнением атмосферы.
2. Биотехнологический метод – используют метанобактерии, которые активно развиваются в органических отходах и образуют биогаз – смесь метана (70%) и угарного газа (30%). Теплоемкость одного кубического метра газа соответствует 600-800 гр. антрацита. Причем тонна органических отходов дает 500 м3 газа. Например, одна корова может обеспечить электрическим освещением небольшое помещение в течении года (10 тыс. часов) за счет использования газа, добытого из его навоза. В Китае 8 млн. установок производящих 720 млн. м3 в год. Остатки брожения – удобрение, содержит азот, фосфор, калий и др. микроэлементы. [1]
6.5. Проблемы энергосбережения
Сегодня, оценивая новую технику, преимущество отдают тем образцам, которые более экономно используют энергию. Энергосберегающие технологии, энергосбережение - это основной путь современного производства в развитых странах.
Согласно статистике, в большинстве стран мира на освещение расходуется около 13% вырабатываемой электроэнергии, сколько же и в нашей стране. Но удельный расход энергии на производство света в Украине в 1,5 раза выше, чем в западных странах. Причина в следующем: у нас наиболее распространены лампы накаливания (КПД 5-8%), в западных странах используется в большинстве люминесцентные лампы (КПД20 %), а самых новых ламп (натриевые высокого давления КПД до 30%). Расчет показывает, что переход на люминесцентные лампы дает экономию от 20-70 процентов.
Очень много энергии потребляет наша бытовая техника. Если бы отечественные телевизоры, пылесосы, стиральные машины имели бы такие же экономические показатели, что и лучшие образцы мировой бытовой техники экономия электроэнергии была бы такой, что Украина могла бы отказаться от всех АЭС на ее территории.
Чтобы получить тонну меди на уральских заводах, русские расходуют 973 КВт/год электроэнергии, а металлурги в ФРГ – в 3 раза меньше. Для получения тонны цемента нам необходимо 274 кг. условного топлива, а японцам – 142. В черной металлургии Японии удельные затраты энергии на 20-30 % ниже чем у нас. Благодаря использованию новейшей технологии беспрерывного разлива стали, сухого гашения кокса, утилизации тепла газов доменных печей, у нас же эти технологии еще мало используются.
Сегодня средний автомобиль использует 12, 4 л. бензина на 100 км., а у многих современных машин 4,3-5,9 л. Это достигнуто благодаря улучшению аэродинамики и использованию легких материалов.
В Швеции строят дома с повышенной теплоизоляцией и тройными оконными рамами. Конечно, стоимость такого дома больше, но отопление на 70% дешевле. Большие возможности для экономии энергоресурсов имеет внедрение новых прогрессивных материалов, снижение массы и т.д. Например, у очень больших украинском самолете «Руслан» используется 5,5 тонн новых конструктивных материалов из-за этого масса машины уменьшилась на 2 тонны (экономится 18 тыс. тонн авиационного топлива).
С/х также является крупным потребителем энергии. Например, чтобы получить 1 кг. средств химической защиты растений, необходимо затратить 4 тонны топлива. На гектар сада по нормам для опыления расходуется 1 тонна топлива. А тем временем селекционеры вывели сорта яблок стойких до грибковых болезней. Сад из таких яблонь потребует только предупредительной обработки и в 3 раза меньше химикатов. Замена железа и его сплавов на титан, магний, алюминий позволит выпускать автомобили, трактора и комбайны, которые будут весить в 3-4 раза меньше теперешних и будут потреблять топлива в 3 раза меньше.
Второй аспект этой проблемы – морально-этический. Речь идет о потребительском и даже хищническом использовании природных ресурсов. Мало кто из людей об этом задумывался. Мы выбрасываем на свалку вещи еще новые, но менее модные или с худшими дизайном. Мы окружаем себя мало используемыми, а то и не нужными вещами, но на их изготовление расходуются драгоценные ресурсы и энергия.
Никакая экономия ресурсов и энергии не поможет, если человек не осознает необходимость самоограничения материальных потребностей и удовлетворения взамен своих духовных запросов достойных имени Homo sapiens.
Тема № 12. Основы мониторинга окружающей природной среды
§ 12.1 Основные понятия и определения
Мониторинг (от лат. «монитор» – наблюдающий, предостерегающий) – это комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния ОС под влиянием антропогенных факторов.
Экологический мониторинг – это организованный мониторинг окружающей среды, при котором, во-первых, обеспечивается постоянная оценка экологический условий среды обитания человека и биологических объектов, а также оценка состояния и функциональной ценности экосистем, во-вторых, создаются условия для определения корректирующих в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигнуты.
Этот термин впервые появился в рекомендациях специальной комиссии СКОПЕ (Научный комитет по проблемам ОС) при ЮНЕСКО в 1971 г, а в 1972 г уже появились первые предложения по Глобальной системе мониторинга ОС (Стокгольмская конференция ООН по вопросам ОС). Однако такая система не создана по сей день из-за разногласий в объемах, формах и объектах мониторинга, распределения обязанностей между уже существующими системами наблюдений.
Основными задачами мониторинга является: наблюдение за состоянием биосферы, оценка и прогноз состояния природной среды, выявление факторов и источников антропогенных воздействий на ОС и др.
Объектами мониторинга могут быть природные, антропогенные и природно-антропогенные экосистемы.
