Круговорот веществ

Оглавление

23.Биотический (биологический)  круговорот веществ. Передача вещества и энергии в экосистемах. Превращения вещества и энергии в биотическом круговороте веществ.

  Биотический (биологический) круговорот…………………………………….3 

66. Понятие  «качество окружающей среды».  Характеристика санитарно-гигиенических   нормативов водной и почвенной  сред…………………………..7

87. Международное  сотрудничество в области охраны  окружающей среды. Международные  организации (межправительственные  и неправительственные)……………………………………………………………12

Литература……………………………………………………………………….17

  23.Биотический (биологический)  круговорот веществ. Передача вещества и энергии в экосистемах. Превращения вещества и энергии в биотическом круговороте веществ.

  Биотический (биологический) круговорот.

  Под биотическим (биологическим) круговоротом понимается циркуляция веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами (рис. 12.10). По определению Н. П. Ремезова, Л. Е. Родина и Н. И. Базилевич, биотический (биологический) круговорот — это поступление химических элементов из почвы, воды и атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения и возвращение их обратно в процессе жизнедеятельности с ежегодным опадом части органического вещества или с полностью отмершими организмами, входящими в состав экосистемы (Н. Ф. Реймерс, 1990). 
 

Биотический (биологический) круговорот веществ  
 в экосистеме (по А. И. Воронцову, Н. 3. Харитоновой, 1979) 
 
  Структурные циклы биотического круговорота  
(по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994) 
Пояснения: внутреннее малое кольцо — первичный биотический круговорот с участием примитивных продуцентов (П) и редуцентов-деструкторов (Д); Р — растения; Т — первичные консументы (растительноядные животные); X, и X, — вторичные и третичные консументы (хищники). Все циклы замыкаются редуцентами 
Первичный биотический круговорот по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (1994) состоял из примитивных одноклеточных продуцентов (П) и редуцентов-деструкторов (Д). Микроорганизмы способны быстро размножаться и приспосабливаться к разным условиям, например, использовать в своем питании всевозможные субстраты — источники углерода. Высшие организмы такими способностями не обладают. В целостных экосистемах они могут существовать в виде надстройки на фундаменте микроорганизмов. 
Вначале развиваются многоклеточные растения (Р) — высшие продуценты.  
Все организмы занимают определенное место в биотическом круговороте и выполняют свои функции по трансформации достающихся им ветвей потока энергии и по передаче биомассы. Всех объединяет, обезличивает их вещества и замыкает общий круг система одноклеточных редуцентов (деструкторов). В абиотическую среду биосферы они возвращают все элементы, необходимые для новых и новых оборотов. 
  Следует подчеркнуть наиболее важные особенности биотического круговорота. 
Фотосинтез относится к мощному естественному процессу, вовлекающему ежегодно в круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющему ее высокий кислородный потенциал. Он выступает регулятором основных геохимических процессов в биосфере и фактором, определяющим наличие свободной энергии верхних оболочек земного шара. Фотосинтез представляет собой химическую реакцию, которая протекает, как известно, за счет солнечной энергии при участии хлорофилла зеленых растений: nCO2 + nH2О + энергия СnH2nOn + nO2 
   За счет углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород.  
Глюкоза является простейшим продуктом фотосинтеза, образование которой совершается следующим путем: 6СО2 + 6Н2O  С6Н12O6 + 6O2. 
Помимо фотосинтеза с участием кислорода (так называемый кислородный фотосинтез) следует остановиться и на бескислородном фотосинтезе, или хемосинтезе .К хемосинтезирующим организмам относятся нитрификато-ры, карбоксидобактерии, серобактерии, тионовые железобактерии, водородные бактерии. гидротермальных источников. 
 

Схема фотосинтеза  у растений, водорослей и бактерий 
 
   Фотосинтез происходит за немногим исключением на всей поверхности Земли, создает огромный геохимический эффект и может быть выражен как количество всей массы углерода, вовлекаемой ежегодно в построение органического — живого вещества всей биосферы. В общий круговорот материи, связанной с построением путем фотосинтеза органического вещества, вовлекаются и такие химические элементы, как N, P, S, а также металлы — К, Са, Mg, Na, Al.    

 Первая функция — газовая. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы являются продуктами разложения органических веществ растительного происхождения, захороненных ранее в осадочных толщах. Наиболее распространенный — это болотный газ — метан (СН4,).

  Вторая функция — концентрационная. Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. Среди них на первом месте стоит углерод. Содержание углерода в углях по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефть — концентратор углерода и водорода, так как имеет биогенное происхождение. Среди металлов по концентрации первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены остатками животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода — водоросли ламинарии, железа и марганца — особые бактерии. Позвоночными животными накапливается фосфор, сосредотачиваясь в их костях. 
   Третья функция — окислительно-восстановительная. В истории многих химических элементов с переменной валентностью она играет важную роль. Организмы, обитающие в разных водоемах, в процессе своей жизнедеятельности и после гибели регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения или же осаждения ряда металлов с переменной валентностью (V, Mn, Fe). 
Четвертая функция — биохимическая. Она связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов, «расползанию» живого вещества в разные географические области.

   Пятая функция — это биогеохимическая деятельность человечества, охватывающая все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Данная функция занимает особое место в истории земного шара и заслуживает внимательного отношения и изучения. Таким образом, все живое население нашей планеты — живое вещество — находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов. Биологический круговорот веществ в биосфере связан с большим геологическим круговоротом 

Взаимосвязь малого биологического круговорота 
 веществ в биосфере с большим геологическим круговоротом 
 
Поскольку речь идет о колоссальном числе индивидуальных участников этих процессов, которые не сопряжены жесткими функциональными связями, то пригнанность компонентов биотического круговорота — явление совершенно исключительное.

  Биологический круговорот различается в разных природных зонах и классифицируется по комплексу показателей: биомассе растениq, опаду, подстилке, количеству закрепленных в биомаcсе элементов и т. д.  
 

  66. Понятие «качество окружающей среды».  Характеристика санитарно-гигиенических нормативов водной и почвенной сред.

Качества окружающей среды устанавливают юридически обязательные предельные уровни загрязнения или неблагоприятных воздействий, которые не должны превышаться в данной среде или ее компонентах. Эти стандарты были впервые использованы в США в начале 70-х годов в Федеральных законах о качестве воздуха и о качестве вод. В соответствии с Законом 1970 г. о чистом воздухе стандарты вводятся на уровне штатов в планах мероприятий по соблюдению национальных стандартов качества воздуха (НСКВ) и распространяются на действующие и новые источники загрязнения воздуха. В поправках 1977 г. к этому закону НСКВ подразделяются на первичные и вторичные.

Нормативы качества воды. Пресные водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т. д. Общие условия выпуска сточных вод. Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1км в обе стороны от пункта водопользования. Большое внимание уделяется вопросам предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей. Нормативы качества морской воды, которые должны быть обеспечены при спуске сточных вод, относятся к району водопользования в отведенных границах и к створам на расстоянии 300 м в стороны от этих границ. При использовании прибрежных районов морей в качестве приемника производственных сточных вод содержание вредных веществ в море не должно превышать ПДК, установленные по санитарно-токсикологическому, общесанитарном и органолептическому лимитирующим показателям вредности. При этом требования к спуску сточных вод дифференцированы применительно к характеру водопользования. Море рассматривается не как источник водоснабжения, а как лечебный оздоровительный, культурно бытовой фактор.

   Поступающие  в реки, озера, водохранилища и  моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательно влияние на качество воды.

Самоочищение  воды водоемов - это совокупность взаимосвязанных  гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих к восстановлению первоначального состояния водного  объекта. В связи с тем, что  в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться  специфические загрязнения, их спуск  в городскую водоотводящую сеть ограничен рядом требований. Выпускаемые в водоотводящую сеть производственные сточные воды не должны: нарушать работу сетей и сооружений; оказывать разрушающего воздействия на материал труб и элементы очистных сооружений; содержать более 500мг/л взвешенных и всплывающих веществ; содержать вещества, способные засорять сети или отлагаться на стенках труб; содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси; содержать вредные вещества, препятствующие биологической очистке сточных вод или сбросу в водоем; иметь температуру выше 40 С. Производственные сточные воды, не удовлетворяющие этим требованиям, должны предварительно очищаться и лишь после этого сбрасываться в городскую водоотводящую сеть.Современное направление исследований в области технологии очистки сточных вод слагается из разработки принципиально новых методов глубокой очистки с использованием химических и физико-химических способов и сочетания этих методов с биологической очисткой и доочисткой с целью повышения эффективности удаления загрязнений. Такая технология позволяет решить проблему рационального использования ресурсов путем перехода на малоотходные и безотходные процессы и создания замкнутых систем технического водоснабжения. Повторное использование водных ресурсов имеет большое значение не только из-за их дефицита, но и в связи с необходимостью защиты окружающей среды.

В РФ разработаны  и научно обоснованы нормативы качества воды, подаваемой в системы водоснабжения  газоочисток металлургических агрегатов  и станов горячей прокатки, по таким  основным показателям, как температура, концентрация и гранулометрический состав взвешенных веществ, содержание масел, общее количество и состав солей. Допустимая концентрация взвешенных веществ в оборотной воде систем водоснабжения газоочисток всех металлургических агрегатов может составлять 300 мг/л в отличие от ранее нормируемой концентрации 150 мг/л, увеличение содержания солей в этих системах до 30 г/л позволяет снизить скорость коррозии трубопроводов и оборудования. В Великобритании повторно используемая вода после очистки должна содержать 200—1000 мг/л солей или менее 175 мг/л растворенных хлоридов. По мнению исследователей, оборотное водоснабжение целесообразно осуществлять в системах обогащения руд, очистки отходящих газов доменных печей, аглофабрик, кислородных конвертеров и на станах горячей прокатки. В настоящее время в этих переделах расходуется 95% золы, непосредственно контактирующей с загрязнениями и нуждающейся в очистке. Системы очистки в Великобритании не унифицированы, но обычно состоят из отстойников, сгустителей и аппаратуры для обезвоживания и возврата очищенной воды.

Широко исследуются  химические и физико-химические процессы очистки промышленных сточных вод  от органических и минеральных примесей. В доменных цехах США для разрушения цианидов и фенолов применяют  хлориды щелочных металлов, в ряде стран Европы и в Японии — полифосфаты, значительно увеличивающие эффективность  осветления (до 1—2 мг/л остаточной загрязненности), способствующие разрушению цианидов, предотвращающие коррозию и образование  отложений.

Новый химический метод очистки, разработанный в  США, основан на восстановлении шестивалентного  хрома отработанными кислотами  с последующей нейтрализацией раствора известью с добавлением к нему активных полимеров. Отстоявшийся раствор (рН=8—9) содержит небольшие количества взвешенных частиц (не более 20 млн-1). Применяются  и другие химические методы обезвреживания стоков металлургических производств  от токсичных флотационных реагентов  и ионов тяжелых металлов. Одним  из наиболее перспективных способов извлечения металлов из сточных вод  является флотация. Флотофлокуляция с применением высокомолекулярных водорастворимых ПАВ используется для очистки сточных вод прокатных производств, пенная флотация — для очистки сточных вод различного химического состава, электролитическая флотация — для очистки от эмульсий и др. Опыт работы ряда предприятий показывает, что сочетание нескольких последовательных операций при очистке сточных вод позволяет заметно снизить их загрязненность и повысить водооборот. На металлургическом заводе «Кэйхин сэйтецудзё» (Япония), где совмещены механический и химический методы очистки сточных вод, водооборот достигает 95—96%. В целом же, в черной металлургии Японии, где расход воды составляет более 48,7 тыс. м³/сут, на долю оборотной воды приходится примерно 88,7%.

Нормативы качества почвы. Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.

Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании  органического вещества, различных  химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции  биологического поглотителя, разрушителя  и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет  разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под  влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов антропогенного воздействия  является загрязнение пестицидами.

Главными  источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей, газа в  индустрии, в сельском хозяйстве, в  быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление  в атмосферу оксилов серы, азота, сероводорода и оксида углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков, наземных и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём систематических представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.