Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Мая 2013 в 21:59, курс лекций
В буквальном смысле экология -это наука об организмах "у себя дома". Обычно экологию определяют как науку об отношениях организмов или групп организмов к окруждющей среде, или как науку о заимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Поскольку экология занимается преимущественно биологией групп организмов и функциональными процессами на суше, в море и в пресных водах, определение этой области исследований как науки о структуре и функциях природы будет более соответствовать ее современному направлению, причем человечество рассматривается как часть природы.
Удельный вес атомной энергетики в производстве электроэнергии в разных странах составлял: в нашей стране 15 %, в США — 19, Японии — 28, ФРГ — 34, Швеции — 51, Франции — 75, во всем мире — 17 %.
Использование ядерного топлива не создает на АЭС двуокиси углерода СО2, т.е. не способствует развитию парникового эффекта, а также не создает окислов серы и азота, приводящих к кислотным осадкам. Теплотворная способность ядерного топлива примерно в 2 млн раз выше, чем у углеродсодержащего топлива.
Если все АЭС в мире заменить на ТЭС (на угле), то потребовалось бы дополнительно 600 млн т угля, в окружающую среду поступило бы 2 млрд т углекислого газа, более 30 млн т оксидов азота, 50 млн т серы, 4 млн т летучей золы. Эксплуатация АЭС позволяет экономить в мире 400 млн т нефти ежегодно. Себестоимость энергии на АЭС в нашей стране в 1,5 — 2 раза меньше, чем на ТЭС. Однако в расчете на единицу производимой электрической энергии АЭС сбрасывают в окружающую среду больше тепла, чем ТЭС в аналогичных условиях. Это связано с меньшим КПД АЭС.
Тепловое загрязнение окружающей среды АЭС и ТЭС может быть весьма большим. В ФРГ рассматривался перспективный план строительства 15 АЭС и 8 ТЭС в бассейне Рейна, однако выяснилось, что когда в действие вступят все станции, температура в ряде притоков Рейна поднимется до 45 °С, и всякая жизнь в них будет уничтожена.
Кроме того, наличие большого количества АЭС приведет к переработке (остекловывание отходов и захоронение в глубинных стабильных геологических формациях), транспортировке и захоронению в шахтах или на дне моря больших количеств продуктов радиоактивного распада, способных уничтожить все человечество. Опасность для людей представляют и аварии на АЭС, сопровождающиеся выбросом радиоактивных продуктов распада в атмосферу.
Чернобыльская катастрофа.
Неизгладимое впечатление на человечество произвела катастрофа на Чернобыльской АЭС. Из-за недостатков конструкции реактора и ошибочных действий персонала в 1 ч 24 мин ночи 26 мая 1986 г. вышел из-под контроля реактор РБМК четвертого блока, раздался взрыв, начался пожар и из 180 т радиоактивного топлива в воздух взлетело около 63 кг радиоактивных продуктов деления, что примерно в 100 раз превышает количество продуктов деления (740 г) в атомной бомбе, взорванной над Хиросимой. Сотни тысяч человек подверглись радиоактивному облучению. Период полураспада некоторых изотопов, получившихся в результате деления урана, например 1311, весьма мал (8 сут.), а некоторых (стронций 90Sr) превышает 28 лет. В результате территория вокруг Чернобыльской АЭС на 300 лет стала опасной для жизни.
Радиоактивные облака двинулись в Европу через Белоруссию, Польшу до Скандинавии и на юг через Киев, Болгарию, Турцию до Израиля.
Более 2/3 радиоактивного пепла выпало в Белоруссии и покрыло пятую часть ее территории. Смертельной угрозе подвергся генофонд нации. В течение 5 лет после катастрофы зафиксирован рост числа раковых заболеваний щитовидной железы у детей в 22 раза, в 90 раз возросло число больных саркомой (раком крови) среди взрослых. Ущерб, нанесенный Чернобылем Республике Беларусь, превышает 200 млрд дол. В результате Чернобыльской катастрофы загрязнено около 58 тыс. км2 площадей в России, где проживает 2 млн 650 тыс. человек. Наибольшее количество радиоактивно зараженных территорий расположено в Брянской, Калужской, Тульской и Орловской областях. В зоне поражения оказалось 30 млн. человек.
В результате отношение мирового общественного мнения к атомной энергетике резко изменилось. Парламент Швеции принял решение о закрытии в 1998 г. первой АЭС, а к 2010 г. — последней АЭС, аналогичное решение принято в ФРГ. К 1987 г. в США с 1973 г. не построено ни одного реактора. Многие государства, в том числе Италия, отказались от строительства новых АЭС. Однако продолжают их возводить Индия, Южная Корея, Япония, Словакия, Россия, Иран, Пакистан, Бразилия, Украина, Чехия, Франция.
С целью повышения безопасности АЭС академик А.Д. Сахаров предлагал строить их под землей, подсчитав, что себестоимость строительства увеличится только на 20%. Во Франции разрабатываются безопасные реакторы с двумя защитными оболочками. Внутренняя рассчитана на давление теплоносителя, возникающее при разрушении корпуса реактора, удержание продуктов деления и ядерного топлива. Наружная предохраняет реактор от внешнего воздействия (падения самолета, террористического акта и т.п.).
4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ
В нашей стране в 1993 г. на ГЭС было выработано 175 млрд кВт • ч электроэнергии — 18% общего количества, в США — 12%. Гидроэнергия непрерывно возобновляется и будет существовать до тех пор, пока энергия Солнца поступает на Землю.
Однако работа ГЭС имеет ряд экологических недостатков:
5. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
1. Солнечная энергия. В настоящее время исследования по использованию солнечной энергии ведутся на всех континентах. В США к 2020 г. предполагают удовлетворить от 10 до 30% своих энергетических потребностей страны за счет солнечных установок, Поток солнечной энергии, достигающий земной поверхности, в 9 тыс. раз больше суммарной энергии, производимой в мире в настоящее время с помощью органических видов топлива и урана.
Солнечная энергия обладает рядом преимуществ. Она имеется повсюду, практически неисчерпаема и доступна в одной и той же форме на бесконечно долгий период времени. Чтобы обеспечить свои энергетические потребности в 2100 г., человечеству достаточно использовать меньше 0,1 % падающей на Землю солнечной энергии или сороковую часть солнечной энергии, падающей на пустыни.
Недостатки. Однако солнечная энергия обладает низкой плотностью потока (800—1000 Вт/м2), ее интенсивность меняется в течение суток, зависит от сезона и т.д. Как падающая, так и рассеянная солнечная радиация относится к прямым видам солнечной энергии. Косвенными видами солнечной энергии являются энергия ветра, волн, приливов, тепловые градиенты океана, гидроэнергия и энергия, полученная благодаря фотосинтезу.
В Италии и США уже созданы солнечные электростанции. Их экологическими недостатками являются большие затраты материалов и нарушения экологического равновесия под солнечными батареями, занимающими площадь в несколько гектаров.
2. Биотехнологическое топливо. Одним из наиболее перспективных в будущем представляется процесс разложения воды на водород и кислород под действием солнечной радиации. Дело в том, что запасы воды на Земле практически неограниченны, а водород — это ценный химический продукт, который можно использовать в виде экологически чистого топлива, не дающего вредных отходов. Водород является лучшим топливом из всех известных видов: по теплотворности на единицу массы он в 2,6 раза превосходит природный газ и в 3,3 раза нефть или бензин. Кроме того, по мнению ряда ученых, он может передаваться по трубам на большие расстояния с затратами, близкими к стоимости передачи электрической энергии.
Извлечь водород из воды можно как электролитически, что довольно дорого, так и прямым химическим (или фотохимическим) путем. Однако видимая часть солнечного света воду практически не разлагает. Поэтому вся проблема сводится к тому, чтобы найти соответствующие катализаторы.
3. Энергия ветра. Все большее внимание привлекает использование энергии ветра, поскольку в масштабах планеты энергия ветра в 1000 раз превышает гидроэнергию. В Дании в 1997 г. вращались лопасти 4000 электростанций, использующих энергию ветра.
Дания является ведущей страной по применению энергии ветра. Национальные программы освоения энергии ветра развернуты также в Нидерландах, Канаде, ФРГ, Франции, Швеции, КНР и других странах.
Опытные работы, проведенные в ФРГ, показали, что современные оптимальные по энергетике ветроэлектростанции (ВЭС) будут иметь гигантские размеры: на 90-метровых башнях должны вращаться пропеллеры с размахом лопастей 80—100 м, которые приводят в движение роторы генераторов электрической энергии ВЭС. Башни должны отстоять друг от друга на расстоянии 300 м., поэтому ВЭС занимают сейчас большие площади.
В качестве главного экологического недостатка ВЭС отмечают генерацию ими инфразвукового шума, вызывающего постоянное угнетенное состояние, чувство дискомфорта и беспокойства. Как показывает опыт эксплуатации подобных установок в США, этот шум не выдерживают ни животные, ни птицы. Территории, где размещаются ВЭС большой мощности, оказываются практически непригодными для проживания.
В России построено 1500 ветроустановок разной мощности. В нашей стране целесообразно использовать ВЭС в Калининградской области, на побережье Каспийского и Черного морей, на Байкале, Камчатке и Сахалине, побережье Северного Ледовитого океана.
4. Геотермальная энергетика на базе термальных (горячих подземных) вод развивается достаточно интенсивно в США, на Филиппинах, в Мексике, Италии, Японии, где построены геотермальные тепловые электростанции. В России большие ресурсы геотермальной энергии имеются на Камчатке, Сахалине и Курильских островах, меньшие — на Кавказе. Геотермальная энергия может применяться в сельском (обогрев теплиц) и коммунальном (горячее водоснабжение) хозяйствах.
Лекция №2.
АТМОСФЕРА – НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ВОЗДУШНАЯ СРЕДА. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ.
1. Строение, состав, значение атмосферы в природе.
Атмосфера Земли - газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой принято считать область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землёй как единое целое. Масса атмосферы составляет около 5,15х1015тонн. Многочисленные наблюдения показывают, что атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение.
Атмосфера состоит из следующих основных слоёв:
• тропосфера - поверхностный слой Земли высотой 8-18 км. В ней содержится 80% массы атмосферы. Высота тропосферы изменяется от 8-10 км в полярных широтах, до 12 км - в умеренных, до 16-18 км - у экватора. Тропосфера обладает турбулентностью (беспорядочным бурным перемещением слоев воздуха), в ней сосредоточен водяной пар, природная и антропогенная пыль, В результате конденсации водяного пара на ядрах пыли образуются облака, и выпадают осадки в виде дождя, града и снега, развиваются явления погоды.
• стратосфера ограничивается высотой 50-60 км над уровнем моря. Для стратосферы характерны слабые воздушные потоки, малое количество облаков и постоянство температуры (-56°С) до 25 км, дальше температура повышается и на уровне 46-56 км достигает 0°С. В верхней части стратосферы, на высоте 20-25 км, наблюдается максимальная концентрация озона, поглощающего большую часть ультрафиолетовой радиации солнца и предохраняющего живую природу от её вредного действия. Озон является производной молекулярного кислорода. Образование озона происходит с помощью солнечной радиации и электрических разрядов. Толщина озонового слоя в зависимости от широты и времени года колеблется в пределах 0,23-0,52 см. Озоновый слой подвижен. Летом его больше, он выше, зимой - наоборот. Наибольшее количество озона находится в зоне тропических лесов, наименьшее - в широтах Арктики и Антарктиды;
• ионосфера достигает высоты 1000 км. Обладает повышенной ионизацией молекул газа. Этот слой предохраняет биосферу от вредного воздействия космической радиации, влияет на отражение и поглощение радиоволн. В нём возникают полярные сияния;
• экзосфера - слой атмосферы, который располагается выше 800 км и простирается до 2000-3000 км. Здесь температура превышает 2000°С, причём скорость движения газов приближается к критической величине (11,2 км/с). В этой сфере рассеяния господствуют атомы водорода гелия, образующие вокруг Земли корону, простирающуюся до высоты 20 км.
Приземная часть атмосферы, в которой живут большинство организмов, представляет собой смесь молекулярных, диссоциированных и ионизированных газов, находящихся на разных высотах. между которыми постоянно происходят реакции, Основные составные части атмосферы подразделяются на три группы: постоянные, переменные и случайные.
К первой группе относятся: кислород (21% по объему), азот (около 78 %) и инертные газы (около 1%).
Ко второй группе относятся: диоксид углерода (0,02 - 0,04 %) и водяной пар (до 3 %).
К третьей группе относятся случайные компоненты (загрязнители).
Масса атмосферы очень мала по сравнению с массой Земли, составляет миллионную её часть, но несмотря на это роль и значение атмосферы в природе огромно. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле: так, человек может прожить около 5 недель без пищи, 5 дней без воды, всего 5 минут без воздуха, без озонового экрана не более 7 секунд. Если учесть, что человек за сутки потребляет в среднем 1,0 кг пищи. 2,5 л воды и 12 кг воздуха, то станет ясным, что чистый воздух является наиболее важным экологическим фактором в жизни живых организмов.
Информация о работе Общие понятия экологии. Глобальный экологический кризис