Экологические законы, правила, принципы

Одной из самых негативных сторон существования современной цивилизации  является то, что темпы хозяйственной  деятельности человека увеличиваются, а зеленые площади Земли сокращаются. Нещадно вырубаются тропические леса, которые являются основным поставщиком кислорода - «легкими» нашей планеты. В целом с лица Земли ежегодно исчезают лесные территории плошадью в три Бельгии. И мы получаем все меньше кислорода.

Таким образом, деятельность человека во всех ее проявлениях значительным образом влияет на современный круговорот кислорода. Общее количество свободного кислорода в атмосфере оценивается  цифрой 1,8-1015 т. Это именно то количество, которое накопилось благодаря деятельности зеленых растений. В год на современном этапе эволюции Земли продуцируется 1,55 1 09т кислорода. Расходуется 2,16-1010 т. Из приведенных цифр видно, что расход кислорода превышает его образование больше чем на порядок. Есть над чем задуматься.

Круговорот азота. Особое место среди биогенных элементов занимает азот - важный строительный материал для белков, нуклеиновых кислот и других соединений. Азот распространен в биосфере крайне неравномерно. В больших количествах он содержится в биогенных ископаемых (уголь, нефть, битум, торф). Вследствие высокой растворимости солей азотной кислоты и солей аммония содержащегося в почвах азота, как правило, недостаточно для нормального питания растений. В почве его содержится всего от 0,02 до 0,5%, и то лишь благодаря деятельности микроорганизмов некоторых растений и разложению органических веществ. В то же самое время миллионы тонн азота в атмосфере давят на поверхность Земли. Над каждым гектаром почвы, образно говоря, «висит» до 80 тыс. т этого элемента. Недаром азот называют инертным газом (от греч. - «безжизненный»). Почему же так получается? Дело в том, что в воздухе азот находится в молекулярном состоянии, т.е. в бездействии. Элементом жизни он становится только в химических соединениях - легкорастворимых азотнокислых и аммиачных солях. Однако связанного (хотя бы в простые оксиды) азота в воздухе нет.

Исключением является техногенное  поступление азота в атмосферу. Это происходит в результате выбросов автомобильного транспорта, тепловых электростанций, котельных, промышленных предприятий. При сжигании ископаемого топлива (нефть, уголь, газ) происходит выброс в атмосферу оксидов азота (Ы20, 1М02), которые являются загрязнителями окружающей среды.

Несмотря на то, что  в атмосфере присутствует довольно большое количество азота, большинство  организмов не может ассимилировать его. Буквально купаясь в азоте, растения не в состоянии извлечь его из воздуха. Азот практически не участвует в геохимических процессах и лишь накапливается в атмосфере.

Основными стадиями круговорота  азота являются фиксация, аммонификация, нитрификация и денитрификация.

Круговорот фосфора. Биологическое  и биохимическое значение фосфора  в жизни живой клетки, организмов, экосистем и биосферы в целом  исключительно велико. Фосфор входит в состав тканей мозга, скелета, панцирей животных. Без фосфора невозможен синтез белка. Так же, как кислород, углерод и азот, фосфор является биофилом и его биогеохимический круговорот протекает совместно с этими элементами. В биосфере преобладают соединения пятивалентного фосфора, поэтому обычно во всех источниках приводится содержание его оксида Р2О5.

Среднее содержание фосфора  в земной коре составляет 0,09 %. Основные запасы его находятся в горных породах, в донных отложениях морей  и океанов, в гумусовом горизонте  наземных и подводных почв. Главное  геохимическое направление мирового круговорота соединений фосфора нацелено в сторону озер, устьев рек, морей и шельфа океана. Не образующий летучих соединений фосфор имеет тенденцию накапливаться в море. Вынос фосфора из моря на сушу осуществляется в основном с рыбой и пометом морских птиц.

Общие запасы фосфора  в почве очень малы - 0,1-0,2 % Р205. Из этого общего количества фосфора  растениям относительно доступно только 10-20 %, малодоступно - 50-60 и практически  недоступно - 20-40%. При высоких урожаях  из 1 га почвы извлекается до 60 кг Р205, а притока его из атмосферных осадков или биогенной фиксации из воздуха не существует. Поэтому даже на лучших почвах после 40-50 лет эксплуатации без внесения фосфорных удобрений урожайность сильно падает.

Внесение в почву  фосфорных удобрений является одним из важнейших мероприятий по повышению урожайности. Ежегодно в мире добывают приблизительно 125 млн т фосфатной руды. Большая ее часть расходуется на производство фосфатных удобрений.

Хранилищем фосфора, как  мы уже указывали выше, служат залежи его соединений в горных породах. Вследствие вымывания он попадает в речные системы, и часть его используется растениями, а часть уносится в море, где оседает в глубоководных отложениях. Кроме того, в мире ежегодно добывается от 1 До 2 млн т фосфорсодержащих пород. Большая часть этого фосфора также вымывается и исключается из круговорота. Благодаря лову рыбы часть фосфора возвращается на сушу в небольших размерах (около 60 тыс. т элементарного фосфора в год).

Исследования многих ученых показывают, что в почвах и водах почти всегда ощущается дефицит фосфора. Поэтому соединения фосфора, как и азота, являются важнейшими минеральными удобрениями в современном земледелии. Дефицит фосфора для растений объясняется низкой физиологической доступностью его нерастворимых соединений и особенно необратимой фиксацией в почве самого фосфора. Более всего доступен растениям фосфор органических соединений и гумуса.

Живое вещество ненарушенной биосферы и экосистемы суши удерживают огромное количество фосфора. Содержание фосфора в почве значительно превышает таковое в земной коре. В связи с этим сведение лесов, уничтожение лесной подстилки и замена естественных лесных экосистем агроэкосистемами приводит к изменениям запасов фосфора и его круговорота в биосфере.

Круговорот серы. Сера также играет существенную роль в круговороте веществ в биосфере. В виде органических и неорганических соединений сера постоянно присутствует во всех живых организмах и является важным биогенным элементом, она входит в состав широко распространенных соединений: белков, аминокислот, коферментов, витаминов.

Соединения серы участвуют  в биохимических процессах живой  клетки, формировании химического состава  почв. В больших количествах содержатся в подземных водах. Основную роль в обменном фонде серы играют специализированные микроорганизмы. Каждый вид микроорганизмов выполняет определенную реакцию окисления или восстановления этого элемента.

В земной коре в среднем  содержится 0,047 % серы. В почвах где  сера присутствует преимущественно  в виде сульфатов, ее количество может колебаться от 0,01 до 2-3%. Сера в виде 502, 503, Н28 и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу. В природе она образует минералы, называемые сульфидами. Очень много серы в изверженных горных породах в виде сульфидных минералов.

На суше сера после  отмирания растений переходит в  почву, где одни микроорганизмы восстанавливают  органическую серу до минеральной, а  другие - окисляют эту минеральную  форму до сульфатов. Последние поглощаются  корнями растений, и сера снова вовлекается в круговорот.

Аналогично нитратам и фосфатам, сульфат серы является основной доступной формой этого  элемента, которая восстанавливается  автотрофными организмами и включается в белки. Круговорот серы является ключевым в общем процессе синтеза и разложения биомассы. В настоящее время техногенные выбросы серы в атмосферу земли достигают 75-100 млн т/г. Естественное ее поступление (в форме оксидов серы) оцениваются цифрами 80-280 млн т/г. Если брать нижние границы, то можно считать, что глобальный объем естественных выбросов серы примерно соответствует ее техногенным эмиссиям.

18. Описать  базовые ресурсы (климатические,  водные)

Климатические ресурсы (греч. klimatos — наклон и франц. ressourse — запасы) — неисчерпаемые зонально распределенные запасы световой и тепловой солнечной энергии, влаги и всех форм движения воздуха. Важнейшая часть климатических ресурсов — агроклиматическая и рекреационная. В них входит: тепловая, световая и ультрафиолетовая часть солнечной энергии, обеспечивающие рост растений и комфортные (или дискомфортные) условия жизни людей; показатели суммы атмосферных осадков за год и вегетационный период. Как источник энергии — скорость, сила и направление движения воздуха (ветры, воздушные фронты). Климатические ресурсы при употреблении не уничтожаются, но могут ухудшаться и даже становиться негодными для здоровья людей и самой жизни. Например, при атомных взрывах, не улавливаемых выбросах в атмосферу отходов химического, металлургического производств.

Водные ресурсы, вóды в жидком, твердом и газообразном состоянии и их распределение на Земле. Они находятся в естественных водоемах на поверхности (в океанах, реках, озерах и болотах); в недрах (подземные воды); во всех растениях и животных; а также в искусственных водоемах (водохранилищах, каналах и пр.).

Вода – единственное вещество, которое в природе присутствует в жидком, твердом и газообразном состояниях. Значение жидкой воды существенно  меняется в зависимости от местонахождения  и возможностей применения. Пресная  вода шире используется, чем соленая. Свыше 97% всей воды сосредоточено в океанах и внутренних морях. Еще ок. 2% приходится на долю пресных вод, заключенных в покровных и горных ледниках, и лишь менее 1% – на долю пресных вод озер и рек, подземных и грунтовых.

Вода, самое распространенное соединение на Земле, обладает уникальными химическими и физическими свойствами. Поскольку она легко растворяет минеральные соли, живые организмы вместе с ней поглощают питательные вещества без каких-либо существенных изменений собственного химического состава. Таким образом, вода необходима для нормальной жизнедеятельности всех живых организмов. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Ее молекулярный вес всего 18, а точка кипения достигает 100° C при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. На бóльших высотах, где давление ниже, чем на уровне моря, вода закипает при более низких температурах. Когда вода замерзает, ее объем увеличивается более чем на 11%, и расширяющийся лед может разрывать водопроводные трубы и мостовые и разрушать скальные породы, превращая их в рыхлый грунт. По плотности лед уступает жидкой воде, что и объясняет его плавучесть.

Вода также обладает уникальными термическими свойствами. Когда ее температура понижается до 0° C и она замерзает, то из каждого грамма воды высвобождается 79 кал. При ночных заморозках фермеры иногда опрыскивают сады водой для защиты бутонов от повреждения морозом. При конденсации водяного пара каждый его грамм отдает 540 кал. Эта теплота может быть использована в отопительных системах. Благодаря высокой теплоемкости вода поглощает большое количество теплоты без изменения температуры.

Молекулы воды сцепляются посредством «водородных (или межмолекулярных) связей», когда кислород одной молекулы воды соединяется с водородом  другой молекулы. Вода также притягивается к другим водород- и кислородсодержащим соединениям (т.н. молекулярное притяжение). Уникальные свойства воды определяются прочностью водородных связей. Силы сцепления и молекулярного притяжения позволяют ей преодолевать силу тяжести и вследствие капиллярности подниматься вверх по мелким порам (например, в сухой почве).

33. Оценка загрязнения  атмосферного воздуха

Загрязнение атмосферы  — привнесение в атмосферный  воздух новых нехарактерных для  него физических, химических и биологических веществ или изменение естественной среднемноголетней концентрации этих веществ в нём.

Основные загрязнители атмосферного воздуха:

Оксид углерода

Оксиды азота

Диоксид серы

Углеводороды

Альдегиды

Тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr)

Аммиак

Атмосферная пыль

Стремительный рост численности человечества и его научно-технической вооруженности  в корне изменили ситуацию на Земле. Если в недавнем прошлом вся человеческая деятельность проявлялась отрицательно лишь на ограниченных, хоть и многочисленных территориях, а сила воздействия была несравненно меньше мощного круговорота веществ в природе, то теперь масштабы естественных и антропогенных процессов стали сопоставимыми, а соотношение между ними продолжает изменяться с ускорением в сторону возрастания мощности антропогенного влияния на биосферу. Опасность непредсказуемых изменений в стабильном состоянии биосферы, к которому исторически приспособлены природные сообщества и виды, включая самого человека, столь велика при сохранении привычных способов хозяйствования, что перед нынешними поколениями людей, населяющими Землю, возникла задача экстренного усовершенствования всех сторон своей жизни в соответствии с необходимостью сохранения сложившегося круговорота веществ и энергии в биосфере. Кроме того, повсеместное загрязнение окружающей нас среды разнообразными веществами, подчас совершенно чуждыми для нормального существования организма людей, представляет серьезную опасность для нашего здоровья и благополучия будущих поколений.

Источники загрязнения  атмосферы

Природные источники  загрязнения: Извержения вулканов, пыльные  бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской  соли, продукты растительного, животного  и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается  в качестве фонового, который мало изменяется со временем. Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы — вулканическая и флюидная активность Земли. Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чем свидетельствуют летописи и современные наблюдательные данные (извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году, извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль в Исландии в 2010 году). Это обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару. Продолжительность загрязненного состояния атмосферы после крупных вулканических извержений достигает нескольких лет.