Ответы на вопросы и контрольные задания

6. Перечислите опасные и вредные факторы окружающей среды, охарактеризуйте пути их миграции и накопления в биосфере.

Загрязнение – это все то, что приводит к нарушению природного равновесия. Источниками загрязнения называется природный или хозяйственный объект, производящий загрязняющее вещество. Природное загрязнение вызывается естественными, обычно катастрофическими причинами (извержение вулканов, землетрясения, наводнения, селевые потоки и др.). Загрязнение, возникающее в результате хозяйственной деятельности человека, называется антропогенным.

В результате загрязнения возникают опасные и вредные факторы. Опасный фактор – это фактор, возникающий при определенных природных или производственных условиях, воздействие которого на человека приводит к травме или резкому ухудшению здоровья, смерти. Это факторы, которые при кратковременном или даже однократном воздействии на человека приводят к развитию болезни, травме или увечью, смертельному исходу.

Вредный фактор, как правило, приводит к заболеваниям или снижению работоспособности. И в зависимости от продолжительности действия (времени), а также уровня (доз или концентрации вредных веществ и соединений) вредных факторов, они могут стать опасными. Это факторы, которые при длительном воздействии на человека могут привести к нарушению состояния здоровья или даже развитию болезней.

Опасные и вредные факторы делятся на физические, химические, биологические и психофизиологические. К опасным и вредным физическим факторам относят: шум, вибрацию, электромагнитное и ионизирующие излучения, а также параметры, характеризующие климат (температура, атмосферное давление, влажность, потоки ветра), запыленность и уровень освещенности. В свою очередь физические факторы подразделяются на механические, термические, радиационные, электромагнитные.

В настоящее время хозяйственная деятельность человека все чаще становится основным источником загрязнения биосферы. В природную среду во всё больших количествах попадают газообразные, жидкие и твердые отходы производств. Различные химические вещества, находящиеся в отходах, попадая в почву, воздух или воду, переходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую, попадая в конце концов в организм человека.

На земном шаре практически невозможно найти место, где бы не присутствовали в той или иной концентрации загрязняющие вещества. Даже во льдах Антарктиды, где нет никаких промышленных производств, а люди живут только на небольших научных станциях, ученые обнаружили различные токсичные (ядовитые) вещества современных производств. Они заносятся сюда потоками атмосферы с других континентов.

Химически опасные и вредные факторы имеют место в производственных условиях, при производстве СДЯВ и ОВ, при их транспортировке, применении их в хозяйственной деятельности, а также в случаях возникновения различных аварий и катастроф, связанных с утечкой СДЯВ на объектах экономики или применения ОВ во время ведения боевых действий между конфликтующими сторонами (война, террористические акты). Но особое место занимают химические загрязнения воздуха атмосферы. В последние 40–60 лет человечество все чаще сталкивается с вторичными химически опасными и вредными факторами, особенно проявляющие себя над крупными городами и промышленными центрами.

Вещества, загрязняющие природную среду, очень разнообразны. В зависимости от своей природы, концентрации, времени действия на организм человека они могут вызвать различные неблагоприятные последствия. Кратковременное воздействие небольших концентраций таких веществ может вызвать головокружение, тошноту, першение в горле, кашель. Попадание в организм человека больших концентраций токсических веществ может привести к потере сознания, острому отравлению и даже смерти. Примером подобного действия могут являться смоги, образующиеся в крупных городах в безветренную погоду, или аварийные выбросы токсичных веществ промышленными предприятиями в атмосферу.

Кроме химических загрязнителей, в природной среде встречаются и биологические, вызывающие у человека различные заболевания. Это болезнетворные микроорганизмы, вирусы, гельминты, простейшие. Они могут находиться в атмосфере, воде, почве, в теле других живых организмов, в том числе и в самом человеке.

Наиболее опасны возбудители инфекционных заболеваний. Они имеют различную устойчивость в окружающей среде. Одни способны жить вне организма человека всего несколько часов; находясь в воздухе, в воде, на разных предметах, они быстро погибают. Другие могут жить в окружающей среде от нескольких дней до нескольких лет. Для третьих окружающая среда является естественным местом обитания. Для четвертых - другие организмы, например, дикие животные, являются местом сохранения и размножения.

Часто источником инфекции является почва, в которой постоянно обитают возбудители столбняка, ботулизма, газовой гангрены, некоторых грибковых заболеваний. В организм человека они могут попасть при повреждении кожных покровов, с немытыми продуктами питания, при нарушении правил гигиены.

Болезнетворные микроорганизмы могут проникнуть в грунтовые воды и стать причиной инфекционных болезней человека. Поэтому воду из артезианских скважин, колодцев, родников необходимо перед питьем кипятить.

При воздушно-капельной инфекции заражение происходит через дыхательные пути при вдыхании воздуха, содержащего болезнетворные микроорганизмы.

К таким болезням относится грипп, коклюш, свинка, дифтерия, корь и другие. Возбудители этих болезней попадают в воздух при кашле, чихании и даже при разговоре больных людей.

Климат также оказывает серьезное воздействие на самочувствие человека, воздействуя на него через погодные факторы. Погодные условия включают в себя комплекс физических условий: атмосферное давление, влажность, движение воздуха, концентрацию кислорода, степень возмущенности магнитного поля Земли, уровень загрязнения атмосферы.

До сих пор еще не удалось до конца установить механизмы реакций организма человека на изменение погодных условий. А она часто дает себя знать нарушениями сердечной деятельности, нервными расстройствами. При резкой смене погоды снижается физическая и умственная работоспособность, обостряются болезни, увеличивается число ошибок, несчастных и даже смертных случаев.

Психофизиологические факторы в первую очередь определяют: эмоциональное, физическое, психическое состояние человека. Они зависят от общеобразовательного уровня развития каждого человека.

Основными причинами психических расстройств являются:

- процесс постоянной модернизации и рационализации производства;

- боязнь утраты работы (боязнь остаться без средств существования);

- всевозрастающий темп и нагрузка на человека без учета его способностей;

- низкая заработная плата, не соответствующая прожиточному минимуму;

- психологический террор (сплетни, интриги, слухи, возникающие в свою очередь из-за зависти, жадности и т.д.).

16. Каковы источники загрязнения гидросферы?

Выделяют три вида основных загрязнений гидросферы: биологическое, химическое и физическое.

1. Биологическое загрязнение – сброс в воды водоемов большого количества органических веществ, способных к брожению. Их происхождение различно: сточные городские и промышленные воды, содержащие пищевые продукты и фекалии, сточные воды сахарных заводов и целлюлозно-бумажных комбинатов и т.д. Многие биогенные вещества дают животноводческие комплексы. Так, например, один комплекс для откорма 10 тысяч голов скота дает столько же сточных вод, сколько город со 100-тысячным населением. Большое количество почвы, органики и минеральных удобрений смывается в водные объекты с сельскохозяйственных территорий во время половодья и после сильных дождей.

Чрезмерное обогащение водоемов биогенами приводит к их эвтрофикации, т.е. резкому повышению биопродуктивности. При этом начинается массовое размножение фитопланктона, в первую очередь неприхотливых сине-зеленых водорослей. «Цветение» воды и постепенное отмирание массы водорослей становится источником вторичного загрязнения. Далее водоем медленно «умирает» из-за расходования всех запасов кислорода. Таким образом, антропогенная эвтрофикация вызывается не ядовитыми загрязнениями, а тем, что всегда считалось безвредным, – частицами почвы и удобрениями. И это может нарушить равновесие экосистемы.

Биологическое загрязнение приводит к сильному бактериологическому заражению воды. С этим видом загрязнения связан ряд проблем в области общественной гигиены (гепатит, холера, кишечные инфекции).

2. Химическое загрязнение. К наиболее опасным загрязнителям этого вида относят: соли тяжелых металлов (свинца, ртути, железа, меди).

Другим загрязнителем является нефть и нефтепродукты. Общее загрязнение ими Мирового океана превысило 10 млн т в год. Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой порядка 12 км² водной поверхности. По оценкам специалистов, нефтью уже загрязнена 1/5 часть акватории Мирового океана. Если пятно нефти небольшое (до 10 м²), то оно исчезает с поверхности за 24 часа, образуя эмульсию, а тяжелые фракции нефти оседают на дно. Если размер нефтяного пятна более 10 м², то нефтяная пленка приводит к гибели большое количество живых организмов (млекопитающих и птиц), нарушает процессы фотосинтеза и газообмен между гидросферой и атмосферой.

Следующим видом химического загрязнения являются нитраты, фосфаты. Нитраты поступают в воды водоемов через удобрения, а фосфаты как синтетические моющие средства (СМС). СМС входят в группу СПАВ - синтетические поверхностно-активные вещества. СМС замедляют естественное самоочищение водоемов, действуя угнетающе на многие биохимические процессы в них.

Из других химических загрязнителей можно назвать фенолы, пестициды и другие органические яды.

3. Физическое загрязнение - сброс в поверхностные водоемы нерастворенных материалов (глин) как отходов производства при разработке карьеров и шахт. Оседая на дно, глинистая тонкодисперсная фракция может погубить выметанную икру рыб.

Другим видом физического загрязнения является охота. Использование патронов, заряженных сплавами свинца и сурьмы, вызывает загрязнение биосферы.

К этому виду загрязнения относится и тепловое загрязнение. Подогретая вода от ТЭЦ и других предприятий, поступая в водоем, приводит к повышению температуры воды в нем. Из химии известно, что растворимость газа в воде уменьшается с ростом температуры. Это приводит к уменьшению кислорода в воде. Дыхание биоценозов ухудшается, нарушается биологическое равновесие. Начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы.

26. Что такое биоценоз? Перечислите компоненты биоценоза. Дайте определение биогеоценоза.

Биоценоз - часть (блок) экосистемы (биогеоценоза), представленная совокупностью взаимосвязанных живых организмов; применительно к крупным экосистемам и биосфере в целом вместо термина «биоценоз» обычно используют термин «биота».

К биоценозу относят: растения (продуценты), микроорганизмы (редуценты) и животные (консументы).

Экосистема (биогеоценоз) – сложная природная система, объединяющая на основе обмена веществ и энергии совокупность живых организмов (биоценоза) с неживыми компонентами (биотопом). Экосистема – это сочетание биоценоза и биотопа (рис. 1).

Самая большая экосистема – Земля, или биосфера Земли, за глобальной системой – макросистемы (континенты, океаны), мезосистемы (лес, пруд, озеро), микросистемы (ствол дерева и т.д.), т.е. крупные системы включают более мелкие системы. Общее – процесс передачи энергии от одного звена экосистемы к другому, что поддерживает биотический круговорот веществ.

Задача 1 (решение):

Исходная плотность популяции голубя равна 128 особей на гектар, и т.к. на одного самца приходится по две самки, следовательно, количество самок равно 2/3 от общей плотности популяции, а именно: 128×2/3≈85 самок. У каждой самки в одной кладке яиц выживает по 3 птенца, следовательно, рождаемость будет равна: Р=85×3=255 птенцов. Смертность популяции равна 24%: С=0,24×128≈31 особь. Таким образом, прирост популяции голубя составляет: r=Р–С=255–31=224 особи, а плотность популяции через год будет равна: N₁=N₀+r=128+224=352 особи.

Аналогично проведем расчет плотности популяции голубя через два года:

Плотность популяции голубя равна 352 особи на гектар, количество самок равно 2/3 от общей плотности популяции, а именно: 352×2/3≈235 самок. У каждой самки в одной кладке яиц выживает по 3 птенца, следовательно, рождаемость будет равна: Р=235×3=705 птенцов. Смертность популяции равна 24%: С=0,24×352≈85 особей. Таким образом, прирост популяции голубя составляет: r=Р–С=705–85=620 особей, а плотность популяции через год будет равна: N₂=N₁+r=352+620=972 особи.

Плотности популяции голубя через три года:

Плотность популяции голубя равна 972 особи на гектар, количество самок равно 2/3 от общей плотности популяции, а именно: 972×2/3=648 самок. У каждой самки в одной кладке яиц выживает по 3 птенца, следовательно, рождаемость будет равна: Р=648×3=1944 птенца. Смертность популяции равна 24%: С=0,24×972≈233 особи. Таким образом, прирост популяции голубя составляет: r=Р–С=1944–233=1711 особи, а плотность популяции через год будет равна: N₃=N₂+r=972+1711=2683 особи.

Составим сводную таблицу, и занесем в нее следующие результаты:

Годы жизни
Плотность
Рождаемость
Смертность
Прирост

Выводы: Благодаря относительно небольшой смертности и высокой рождаемости голубей их плотность каждый год увеличивается чуть меньше чем в три раза. Отношение между исходным значением в начале первого года (128 особей) и финальным к концу третьего года (2683 особи) равно больше 20 раз, а это очень высокий показатель. По остальным критериям цифры каждый год растут также примерно в три раза.

Задача 2 (решение):

Выбросы загрязняющего вещества в с. Володино (136 км трассы Томск-Колпашево) движущимся автотранспортным потоком на автомагистрали

Группа автомобилей	Число автомобилей, G_k	Скорость движения потока, км/ч	Выбросы с учетом количества автомобилей в k-й группе,
CO	NO_x (в пересчете на NO₂)	CH	Сажа	SO₂	Формальдегид	Соединения свинца	Бенз(а)пирен
I				48,6	56,7	-	1,755	0,162	0,513	45,9×10^-6
Iд				7,8	1,5	0,6	1,26	0,018	-	-
II						-		0,2	0,26	45×10^-6
III				20,8	53,6	-	0,88	0,088	0,132	25,2×10^-6
IV				15,9	40,2	-	0,96	0,09	0,123	19,2×10^-6
V			76,5	69,3		2,7	11,25	1,89	-	58,5×10^-6
VI			8,8		6,5	0,3	1,45	0,31	-	6,7×10^-6
VII				7,8	3,9	-	0,54	0,006	-	6×10^-6
, г/км	4649,3	207,2	331,4	3,6	20,095	2,764	1,028	207×10^-6
M_Li, г/с	0,116	0,017	0,008	0,00009	0,0005	0,00007	0,000026	5,2×10^-⁹
С_с.с, мг/м³	100,22	14,69	6,912	0,08	0,432	0,06	0,022	4,5×10^-6
ПДК_с.с, мг/м³		0,04	0,085	0,01	0,15	0,003	0,0003

Данная таблица составлена на основании следующих расчетов:

1. Число автомобилей (G_k) – результат 20-ти минутного наблюдения и подсчета транспорта на участке автомагистрали расстоянием 100м.

2. Скорость движения потока – приблизительные цифры, определенные «на глаз» для различных групп автотранспорта.

3. Выбросы с учетом количества автомобилей в k-й группе рассчитывались как произведение () числа автомобилей в группе на значение пробеговых выбросов, приведенных в табл. 4 (стр.19) методического пособия по Экологии.

4. Выброс i-го загрязняющего вещества (M_L_i, г/с) движущимся автотранспортным потоком на автомагистрали с фиксированной протяженностью L=0,1 (км) определялся по формуле (расчет показан на примере определения M_L для CO):

(г/с)

где: r_i –коэффициент, учитывающий изменения количества выбрасываемых вредных веществ в зависимости от скорости движения (взят из табл. 5, стр.19 для значения средней скорости 60 км/ч); , г/км - сумма выбросов всех групп автотранспорта для каждого загрязняющего вещества; t, с – время проведения замеров (20 минут).

Для остальных загрязняющих веществ расчет M_Li проводится аналогично. Исключение: значение r_i для NO_x (в пересчете на NO₂) равно 1.

5. Среднесуточная концентрация вредных веществ (С_с.сi, мг/м³) в атмосферном воздухе района определялась по формуле (расчет показан на примере определения С_с.с для CO):

(мг/м³)

где: 10³ – поправочный коэффициент для перевода значения M_Liиз г/с в мг/с; t_сут – количество секунд в сутках; V_возд, м³ – объем используемого воздуха вблизи района участка дороги длиной 100 м (приблизительно равен 100000 м³).

Для остальных загрязняющих веществ расчет С_с.сi проводится аналогично.

6. Значения ПДК_с.с (мг/м³) взяты из гигиенических нормативов: «ГН 2.1.6.1338–03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

Выводы: из приведенных расчетов видно, что среднесуточная концентрация вредных веществ для CO превышает ПДК в 33 раза, С_с.с₍_NO₂₎≈> ПДК_с.с(_NO₂₎ в 370 раз, С_с.с(_CH)≈> ПДК_с.с(_CH) в 80 раз, С_{с.с(сажи)}≈> ПДК_{с.с(сажи)} в 8 раз, С_с.с(_SO2₎≈> ПДК_с.с(_SO2) в 3 раза, С_с.с(_{Формальдегид}_а)≈> ПДК_{с.с(Формальдегида)} в 20 раз, С_с.с(_{соед.свинца}₎≈> ПДК_{с.с(соед.свинца)} в 75 раз, С_{с.с(бенз(а)пирена)} много меньше ПДК_{с.с(бенз(а)пирена)}. Т.е. по всем показателям наблюдается превышение предельно допустимой концентрации, и для NO₂ оно составляет 370 раз, что очень много. Также большое превышение наблюдается для очень вредных веществ – формальдегида и соединений свинца, а это обязательно отразится на здоровье местных жителей данного населенного пункта, особенно на тех, кто живет рядом с данной транспортной магистралью.

Задача 3 (решение):

Количества загрязняющих веществ, установленные нормативы и другие данные, необходимые для расчетов:

К_{экол.сит}=1,2 – для атмосферного воздуха и почвы; К_инд=1; К_{особ.тер}=1.

Вариант 6	Загрязняющее вещество
Альдегид пропионовый	NO₂	CO
Фактический выброс ЗВ, т/год	-	49,8	100,0
Установленная для предприятия величина, т/год	ПДВ
ВСВ	1,0	5,0	12,0
Норматив платы, р./т	ПДВ			0,6
ВСВ

Фактические выбросы NO₂ и CO не превысили величину установленного лимита (ВСВ₍_NO2)=47+5=52>49,8; ВСВ₍_CO)=90+12=102>100). Выбросов Альдегида пропионового вообще нет. Поэтому рассчитываем плату за выбросы по следующему варианту:

- плату за массу ЗВ в пределах установленного норматива ПДВ ( т, т) определяем по формулам (11) и (14) [с.22-23, Методическое пособие по Экологии]:

р.

- плату за массу ЗВ сверх норматива ПДВ ( т, т), но в пределах лимита (ВСВ), определяем по формулам (12) и (14) [с.22-23, Методическое пособие по Экологии]:

р.

- общий размер платы предприятия за выброс загрязняющих веществ в 2012 г. определяется по формулам (8) и (9) [с.21-22, Методическое пособие по Экологии]:

р.

При использовании новой технологии, которая позволит снизить выбросы всех загрязняющих веществ на 40 %, в 2013 г. заплатит за выброс ЗВ следующую сумму:

- фактический выброс составит для NO₂=49,8×0,6=29,88 т, для CO=100×0,6=60 т., поэтому за массу ЗВ в пределах установленного норматива ПДВ в тех же тарифах нужно будет заплатить:

р.