Техносфера. Ресурсный цикл как антропогенный круговорот веществ. Экозащитная техника и технологии

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Ижевский Государственный  технический университет»

Чайковский  технологический институт (филиал ИжГТУ)

 

 

 

                                                                                                 Кафедра ТиОСП

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

(РЕФЕРАТ)

   по  дисциплине

   «Природопользование»

 

Тема: «Техносфера. Ресурсный цикл как антропогенный  круговорот веществ. Экозащитная техника  и технологии. Природные ресурсы  как важнейшие объекты охраны окружающей среды.»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент  группы МО2-10з специальности 080507

Беляева Т. А.                                                                                                             Проверил: преподаватель

к.ф.н., доцент кафедры ТиОСП Жернакова Л. Г.

                                                                         

 

 

 

 

 

г. Чайковский, 2011

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

Техносфера. Ресурсный цикл как антропогенный  круговорот веществ…..….4

Экозащитная техника и  технологии……………………………………..……..8

1. Безотходные и малоотходные технологии……………………………..……8

2. Методы очистки сточных вод.  Оборотное водоснабжение …………..……9

3. Качество питьевой воды………………………………………………..…….10

4. Способы очистки газовых выбросов  в атмосферу…………………….……11

Природные ресурсы как важнейшие объекты  охраны окружающей среды…15

Заключение……………………………………………………………………….18

Список  использованной литературы……………………………………….......19

 

Введение

Проблема  защиты окружающей среды встала перед  человечеством сравнительно недавно. В наше время происходит огромное количество вредных выбросов в атмосферу  и океан, уничтожение лесов. Все  это значительно приближает мир  к самоуничтожению. Озоновые дыры, потепление климата, вымирание многих видов  животных наглядно свидетельствует  о том, что наша среда обитания истощена до предела. От дальнейшей активности людей будет зависеть жизнь планеты  и ее обитателей.

В данный момент с этой экологической проблемой  столкнулись все страны мира. Считается, что наиболее подвержены проблеме загрязнения  окружающей среды индустриальные страны Америки и Европы, но пройдет совсем немного времени, когда эта же проблема охватит и развивающиеся  страны, поэтому уже сейчас следует  предпринимать серьезные меры, так  как известно: беду легче предотвратить, чем потом устранять ее последствия.

Под термином «охрана окружающей среды» понимаются все экономические, правовые, социально  – политические и организационно – хозяйственные механизмы, которые  подводят окружающую среду к «пределу прочности». Но нельзя же ждать пока загрязнение не достигнет высшей степени. Нужно предотвратить угрозу уничтожения мира.

 

Техносфера. Ресурсный цикл как антропогенный  круговорот веществ.

Техносфера это планетарное пространство, находящееся под воздействием инструментальной и технической производственной деятельности людей и занятое продуктами этой деятельности.

В 1936 г. академик А.Е. Ферсман назвал техногенезом процессы изменений поверхности Земли под влиянием производственной деятельности людей. Позднее Р.К. Баландин (1982) расширил понятие техногенеза и его производное обозначил как техносферу.

Техносфера  возникла в процессе нескольких тысячелетий  техногенеза. К ней в равной мере относятся и первый костер, зажженный  человеком, и Чернобыль, дротик первобытного охотника и баллистические ракеты, египетские пирамиды и небоскребы Манхэттена, оросительные каналы шумеров и Асуанская  плотина, идолы острова Пасхи  и статуя Свободы в Нью-Йорке.

Техногенез  выступает как материальное слагаемое  истории человечества. С экологической  точки зрения это последний по времени этап эволюции, обусловленный  деятельностью человека и вносящий в природу Земли вещества, силы и процессы, которые, в конечном счете, изменяют и нарушают равновесное  функционирование биосферы и замкнутость  биотического круговорота.

В «Экологическом энциклопедическом словаре» (1999) техносфера определяется как часть биосферы разрушенная и коренным образом преобразованная людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических и техногенных объектов (здания, дороги, механизмы, предприятия и т.п.) в целях наилучшего соответствия социально-экономическим (но не экологическим) потребностям человечества.

Однако называть техносферу частью биосферы можно только в ограниченном смысле. Действительно, техносферу создал человек - порождение биосферы. Техносферой занято значительное пространство, принадлежавшее ранее  биоте биосферы. Человек взял под  контроль и, по существу, включил в  состав техносферы несколько сотен  видов растений и животных. Однако значительная часть современной  техносферы — это совершенно новое  надприродное образование, генетически  не связанное с законами биосферы. В целом техносфера — грандиозный  артефакт.

Техносферу  можно подразделить на несколько  подсистем — субсфер:

субсфера  «А» (артефакты) — все продукты и  производные человеческого труда;

субсфера  «Т-1» — все виды топлива;

субсфера  «Т-2» (технолиты) - элементы техногенного рельефа: карьеры, шахты, каналы, насыпи, плотины и т.п.;

субсфера  «П» - пища, в том числе непосредственно  контролируемые и используемые человеком  растения и животные;

субсфера  «О» — отходы.

Кроме такого деления в веществе техносферы можно  выделить техническоевещество - активно функционирующую часть средств производства, т.е. совокупность действующих инструментов, станков, машин, механизмов, аппаратов, топок, реакторов и т.п. А всю остальную, неактивную массу техносферы — здания, сооружения, коммуникации, скопления извлеченных пород и отходов производства и потребления, техногенные эмиссии и т.д. — можно обозначить как техногенное вещество. Масса техногенного вещества к настоящему времени достигла колоссальной величины — 8,5·10¹² т, что почти в 1,5 раза больше массы биоты биосферы.

Хотя техносфера, несомненно, планетарное явление, техномассараспределена крайне неравномерно. Почти 90 % ее сосредоточено в районах селитебного и горно-промышленного освоения, занимающих более 7 млн. км² (5 % площади суши). Однако техногенными влияниями - эмиссиями и потоками веществ, энергии и информации охвачено практически все пространство планеты. Некоторые обобщенные количественные характеристики техносферы представлены в табл. 1.

Таблица 1

Количественное  сопоставление биосферы в техносферы

 

Сравниваемые показатели	Биосфера	Техносфера
Средообразующее число биологических  видов	107	1
Число контролируемых видов	107	104
Масса сферы, Гт *	2,5·104	104
в том числе
активное вещество, Гт	4,9·103	15
неактивное, произведенное вещество, Гт	2,0·104	104
Кратность обновления активного вещества, год	0,1	0,1
Годовая нетто-продукция, Гт	550	1,5
Годовой расход органического вещества, Гт	170	24
Годовой расход энергии, ЭДж **	8200	450
Годовой расход воды, км3	3·104	5000
Степень замкнутости круговорота  веществ, %	99,9	<10
Запас генетической информации, Гбит	106	7
Запас сигнальной информации, Гбит	-	8
Скорость переработки информации, бит/с	1036	1016
Информационная скорость эволюции, бит/с	0,1	107

* Гт – гигатонна = 10⁹ т;

** ЭДж – эксаджоуль = 10¹⁵ Дж.

Рассмотрим  современный техногенный круговорот веществ.

Из 120 Гт ископаемых материалов и биомассы, мобилизуемых за год мировой экономикой, только 9 Гт (7,5 %) преобразуется в  процессе производства в материальную продукцию. Более 80 % этого количества возвращается в основные фонды производства. Только 1,6 Гт составляют личное потребление  людей, причем 2/3 этой массы относится  к нетто-потреблению продуктов  питания.

Из  окружающей среды все люди потребляют 3,6 Гт питьевой воды и 1,2 Гт кислорода. В  атмосферу возвращается 1,6 Гт выдыхаемых углекислого газа и паров воды; при этом выделяется 18 ЭДж теплоты. В водоемы и на поверхность  Земли поступает 4 Гт жидких и 0,8 Гт твердых  отходов. Материальный нетто-баланс человечества как биологического вида (без современного общественного производства) необычайно велик и во много раз превосходит  материальный бюджет любого другого  вида животных, но в целом почти  вписывается в глобальный биотический  круговорот и создает лишь часть  современных экологических проблем. Надо помнить также, что человек  контролирует большую массу растений и животных многих видов, которые  вне человеческого хозяйства  либо вообще не могли бы существовать, либо вносили бы незначительный вклад  в экосферный обмен веществ. Наиболее серьезные проблемы связаны с  потреблением биоресурсов, энергетикой  и промышленным производством.

Техногенный материальный круговорот принципиально  отличается от биотического круговорота, прежде всего высокой степенью разомкнутости. Поэтому его правильнее было бы называть не круговоротом, а ресурсным циклом. Можно сказать, что такой колоссальный механизм создан для обеспечения  нетто-потребления людей ничтожной  долей веществ и материалов, участвующих  в цикле. По существу, речь идет всего  лишь о 400 млн. т в год товаров  сверх потребления продуктов  питания, воды и воздуха, или о 63 кг в год на одного жителя Земли. Коэффициент  полезного действия всей этой грандиозной  системы чрезвычайно низок: 0,003.

Другими словами, материальная эффективность  современной индустриальной цивилизации  близка к нулю.

Почему-то теоретики, озабоченные эффективностью макроэкономики, не обращают внимания на этот фундаментальный факт.

Ежегодное изъятие около 10 Гт сухого вещества биомассы в виде сельхозпродукции, древесины и морепродуктов составляет почти 5 % продукции фотосинтеза на суше. Но кроме этого за счет антропогенного уменьшения биомассы и продуктивности естественных экосистем, замещения  их агроценозами, вырубки лесов, опустынивания, техногенной деградации и т.п. человек  косвенно переводит в антропогенный  канал еще 7—10 % первичной продукции  экосистем суши, в целом снижая продуктивность земной биосферы примерно на 10—12 %. Именно это расценивается  как основное вмешательство человека в природные процессы.

Общая масса отходов современного человеческого  хозяйства и продуктов техносферы (за исключением простых газообразных веществ, участвующих в обмене кислорода, азота и паров воды) составляет не менее 140 Гт в год. Это количество распределяется между водоемами, воздухом и поверхностью земли приблизительно в соотношении 1 : 2 : 6.

Сжигание 10 Гт ископаемого топлива, сжигание и биологическое окисление (в  том числе в организме людей) более 6 Гт изымаемой растительной биомассы и другие производственные окислительные  процессы отнесены в балансе к  массообмену в атмосфере. Они  сопряжены с потреблением 30—31 Гт кислорода и возвращением в атмосферу 35—37 Гт углекислого газа и других окислов, а также паров воды (не считая техногенного испарения свободной  воды). Вместе с ними в воздух попадают многочисленные загрязнители атмосферы, выделяющиеся при производственных процессах и работе транспорта.

Все отрасли техносферы потребляют огромное количество воды — около 5000 км³/год. Оно соответствует почти 1/5 объема влаги, вводимой в планетарный круговорот транспирацией всех растений суши. Скорость оборота воды в техносфере во много раз больше, чем в биосфере.

С учетом потребляемого воздуха и  добываемого природного газа техносферный газообмен составляет более 150 тыс. км3/год, что превышает 1/4 биосферного  газообмена. Почти такое же соотношение  существует между выделением техногенной  теплоты и годовым протоком энергии  фотосинтеза. Таким образом, к концу  ХХ столетия человечество на 20—25 % увеличило  обмен веществ и энергии на планете.

Наиболее  серьезно вмешательство техногенеза  в биосферный обмен органических веществ. Напомним, что по закону распределения  деструкции вновь образованного  органического вещества между разными  группами гетеротрофных организмов для крупных консументов допустимо  изъятие не более 1% ежегодной продукции  биосферы («правило одного процента»). Таким образом, человек, ставший  самым мощным в природе конечным консументом, во много раз, почти  на порядок, превысил естественный норматив.

Существенным  отличием техногенного массообмена  от биотического круговорота является то, что техносферный круговорот веществ  существенно разомкнут и в  количественном, и в качественном отношении.

Поскольку техногенный массообмен составляет заметную часть глобального круговорота  веществ, своей разомкнутостью он нарушает необходимую высокую степень  замкнутости биотического круговорота, которая выработана в длительной эволюции и является важнейшим условием стационарного состояния биосферы. Это означает весьма серьезное нарушение  биосферного равновесия.