Вплив на екосистему процесів підкислення, евтрофікації та озону

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТЕ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

 

 

Інститут енергозбереження та енергоменеджменту

 

 

Кафедра інженерної екології

 

 

 

РОЗРАХУНКОВО ГРАФІЧНА РОБОТА

з дисципліни: «Ландшафтна екологія»

на тему: «Вплив на екосистему процесів підкислення, евтрофікації та озону»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПІДКИСЛЕННЯ

Кисло́тний дощ — всі види метеорологічних опадів: дощ, сніг, град, туман, дощ зі снігом, — кислотність яких вища від нормальної. Мірою кислотності є значення рН (водневий показник). Нормальне pH у чистих дощах — 5,6. Кислотні опади в кінці ХХ і на початку XXI ст. стали істотними компонентами атмосфери. Вони випадають у країнах Європи, Північної Америки, а також у районах найбільших агломерацій Азії і Латинської Америки. Головна причина кислотних опадів – надходження сполук сірки і азоту в атмосферу при спаленні викопного палива в стаціонарних установках і двигунах транспорту. Кислотні опади завдають шкоди будівлям, пам'ятникам і металевим конструкціям, викликають дигресію і загибель лісів, знижують урожай багатьох сільськогосподарських культур, погіршують родючість ґрунтів, що мають кислу реакцію, і стан водних екосистем.

 

Шкала значення рН йде від 0 (украй висока кислотність), через 7 (нейтральне середовище) до 14 (лужне середовище), причому нейтральна точка (чиста вода) має рН = 7. Дощова вода в чистому повітрі має рН = 5,6. Чим нижче значення рН, тим вища кислотність. Якщо кислотність води нижче 5,5, то опади вважаються кислотними.

 

Для визначення показника кислотності використовують різні рН-метри, зокрема дорогі електронні прилади. Простим способом визначення характеру середовища є застосування індикаторів — хімічних речовин, забарвлення яких змінюється в залежності від рН середовища. Найбільш розповсюджені індикатори — фенолфталеїн, метил-оранж, лакмус, а також природні барвники з червоної капусти і чорної смородини.

 

Джерела кислото-створюючих викидів: теплові електростанції, автотранспорт, металургійні і хімічні підприємства, авіація.

Однією з причин кислотних опадів є також тваринництво. Справа у великій кількості відходів, що залишають тварини. У гною міститься аміак, який переробляють бактерії у кислоту, яка, випаровуючись, з'єднується з окисом азоту, що є в добривах, а це сприяє випаданню кислотних дощів.

 

Кислотний дощ утворюється в результаті реакції між водою і такими забруднюючими речовинами, як діоксид сірки (SO2) і різних оксидів азоту (NOx). Ці речовини викидаються в атмосферу автомобільним транспортом, у результаті діяльності металургійних підприємств і електростанцій, а також при спалюванні вугілля і деревини. Вступаючи в реакцію з водою атмосфери, вони перетворюються в розчини кислот: сірчаної, сірчистої, азотистої й азотної. Потім, разом із снігом чи дощем, вони випадають на землю.

 

У водяних екосистемах кислотні опади викликають загибель риб та інших водяних мешканців. Підкислення води рік і озер серйозно впливає і на тварин суходолу, тому що багато звірів і птахів входять до складу харчових ланцюгів, що починаються у водяних екосистемах. Разом із загибеллю озер стає очевидною і деградація лісів. Кислоти порушують захисний восковий покрив листя, роблячи рослини уразливішими для комах, грибів і інших патогенних мікроорганізмів. Під час посухи через ушкоджені листи випаровується більше вологи. Вилуджування біогенів із ґрунту і вивільнення токсичних елементів сприяє уповільненню росту і загибелі дерев. Можна припустити, що відбувається і з дикими видами тварин, коли гинуть ліси. Якщо руйнується лісова екосистема, починається ерозія ґрунту, засмічення водоймищ, повінь і погіршення запасів води стають катастрофічними. Підкислення ґрунту азотнокислими дощами стимулює розвиток лісових шкідників. У результаті закислення в ґрунті відбувається розчинення живильних речовин, життєво необхідних рослинам; ці речовини виносяться дощами в ґрунтові води. Одночасно вилуджуються з ґрунту і важкі метали, що потім засвоюються рослинами, викликаючи в них серйозні ушкодження. Використовуючи такі рослини в їжу, людина також одержує разом з ними підвищену дозу важких металів. Коли деградує ґрунтова фауна, знижуються врожаї, погіршується якість сільськогосподарської продукції, а це, як ми знаємо, спричиняє погіршення здоров'я населення. Під дією кислот з гірських порід і мінералів вивільняється алюміній, а також ртуть і свинець, що потім потрапляють у поверхневі і ґрунтові води.

 

Забруднення повітря кислото утворюючими викидами робить різноманітний шкідливий вплив і на організм людини. Вдихання вологого повітря, що містить діоксид сірки, особливо небезпечно для людей похилого віку, що страждають серцево-судинними і легеневими захворюваннями, у важких випадках може виникнути набряк легень. Шкідливо це і для здорових людей, оскільки SO2 і сульфатні частки мають канцерогенну дію. Установлено тісний взаємозв'язок між підвищенням смертності від бронхітів і ростом концентрації діоксиду сірки в повітрі. Під час небезпечного лондонського туману 1952 р. більш 4000 смертей було віднесено за рахунок підвищеного вмісту у вологому повітрі діоксиду сірки і сульфатних часток. Численні дослідження показали збільшення числа захворювань дихальних шляхів у районах, повітря яких забруднений діоксидом азоту NO2. Потрапляючи в дихальні шляхи, він взаємодіє з гемоглобіном крові, утрудняючи перенос кисню до органів і тканин, викликає респіраторні, астматичні і серцеві захворювання. Кислотні дощі роз'їдають метали, фарби, синтетичні з'єднання, руйнують архітектурні пам'ятки. Багато скульптур і будинкиів у Римі, Венеції й інших містах, пам'ятники зодчества, такі, як Парфенон у Афінах, Кельнський собор та інші, за кілька останніх десятиліть одержали значно більші ушкодження, ніж за весь попередій час. Найбільшу втрату вони нанесли лісам Центральної Європи, зокрема 35% лісів Німеччини (на площі більш 2,5 млн га) ушкоджені ними. Збиток від кислотних дощів для європейських лісів оцінюється в 118 млн м3 деревини. У меншому ступені від кислотних дощів страждають сільськогосподарські рослини, оскільки підкислення ґрунтів тут можна контролювати агрохімікатами. Для боротьби з кислотними дощами необхідно направити зусилля на скорочення викидів кислотоутворюючих речовин вугільними електростанціями. А для цього необхідно: використання низько сірчисте вугілля чи його очищення від сірки; установка фільтрів для очищення газоподібних продуктів; застосування альтернативних джерел енергії.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Площі екосистем що піддалися впливу підкислення.

 

 

 

 

 

ЕВТРОФІКАЦІЯ

           Евтрофікація — збагачення водойм біогенними елементами, що супроводжується підвищенням продуктивності водойми. Евтрофікація може бути наслідком природного старіння водойми, внесення добрив або забруднення стічними водами.

           Механізм впливу гіпер-евтрофікації на екосистеми водойм є таким:

1. Підвищення вмісту біогенних  елементів в верхніх горизонтах  води викликає бурхливий розвиток  рослин в цій зоні (в першу  чергу планктонних водоростей, а  також водоростей — обрастальників) та збільшення чисельності зоопланктону, що харчується фітопланктоном. Як наслідок прозорість води різко знижується, глибина проникнення сонячних променів зменшується, що призводить до загибелі донних рослин від нестачі світла. Після загибелі донних рослин відбувається загибель організмів, чий життєвий цикл був з ними пов'язаний.

2. Водорості та бактерії, що сильно розмножилися у верхніх  горизонтах водойми, мають набагато  більшу сумарну поверхню тіла  та біомасу, аніж нормальний рослинний  комплекс при сталому рівні  евтрофікації водойми. При цьому в нічні години фотосинтез в цих рослинах не йде, а процес дихання продовжується, що потребує затрат кисню. В результаті в передранішні години, особливо в теплі дні, кисень у верхніх горизонтах води опиняється майже вичерпаним, і спостерігається загибель організмів, що мешкають в приповерхневих водах, від нестачі кисню (так званий «літній замор»).

3. Велика кількість відмерлих  організмів з верхнів шарів водойми опускаються на дно, де проходить їхнє розкладення. Але, як вказано в п. 1, донна рослинність гине на ранніх стадіях евтрофікації, і виробництво кисню тут майже не відбувається. Якщо ж взяти до уваги, що біопродуктивність завдяки евтрофікації збільшується (див. п. 2), між виробництвом та споживанням кисню в придонних горизонтах спостерігається дисбаланс, кисень тут стрімко витрачається, і все це призводить до загибелі бентосних організмів, навіть не пов'язаних з придонною рослинністю. Аналогічне явище, що спостерігається у другій половині зими в замкнутих мілководних водоймах, відоме як «зимові замори».

4. В донному ґрунті, позбавленому  кисню, проходить анаеробне розкладення  відмерлих організмів з утворенням  таких сильних отрут як феноли  та сірководень, які призводять  до отруєння організмів у всіх  ешелонах водойми, що спричинює  ше більш масоване відмирання, як наслідок — додаткове збільшення споживання кисню при розкладенні органіки, і т. д.

            До біогенних елементів, що саме і спричинюють евтрофікацію, відносяться насамперед азот, фосфор та кремній у різних сполуках. Найбільше значення мають фосфор та азот, що є обов'язковими елементами тканин будь-якого живого організму. Концентрація біогенних елементів та їхній режим залежать від інтенсивності біологічних та біохімічних процесів у водоймі та від кількості біогенів, що потрапляють у водойму із стічними водами та поверхневим стоком на площі водозбору. Концентрації азоту та фосфору характеризують трофність («кормність») водойми. Режим біогенних елементів розглядають як вихідний показник потенціальної евтрофікації.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОЗОН

          Вчені давно усвідомили важливість озону як природного антимікробної речовини. Зокрема він широко використовується для знищення шкідливих бактерій, цвілі, вірусів та інших небезпечних біологічних забруднень у воді. У дуже малих концентраціях озон здатний знешкоджувати зважені в повітрі мікроорганізми, які можуть перебувати в середовищі замкнутих приміщень. Озон - це природний компонент земної атмосфери, і безліч вчених вважають його використання чудовим природним методом очищення нашого повітря.

          Озон - це світло-блакитний газ. Він утворюється в природі шляхом приєднання до молекули кисню ще одного атома кисню. У природі озон утворюється з двохатомних молекул кисню під впливом ультрафіолету сонця. Озон також виробляють будь-які електромотори, які ви можете виявити у вашому холодильнику, вентиляторі, фені, пральній машині і будь-який інший побутовій техніці. Коронні дроти копіювального апарату також створюють озон.

          Озон при концентрації 0,02 ppm, але в комбінації з іншими окислювачами визнаний як дуже ефективний засіб для боротьби з біотероризмом в Проекті Захисту Вітчизни. Ми працюємо спільно з Національною лабораторією США над створенням продуктів, здатних руйнувати віруси і бактерії, які можуть бути використані в біологічну зброю масового ураження.

          Уряд Китаю використовує системи, що створюють низькі концентрації озону для зменшення ризику зараження SARS Severe Acute Respiratory Syndrome (атипова пневмонія) в метро і автобусах. Такі системи також застосовуються в багатьох госпіталях і пологових будинках для боротьби із запахами, вірусами, бактеріями і цвіллю.

          У 2003 році метеорологічні умови були дуже сприятливі для утворення озону, в результаті чого виключно високих концентраціях. 2004 був менш винятковим роком і суттєві більш низькі рівні озону, схожі з рівнями в 2001/2002, не спостерігалося. У 2005 році концентрація озону вище, ніж в 2004 році, але високі рівні 2003 не спостерігалося. Середні концентрації озону в 2006 році лише трохи вище, ніж у 2005 р Однак, червень і липень 2006 характеризувалися великою кількістю концентрації озону, в результаті чого значно вище значення накопиченого впливу озону на порозі 40 частин на млрд (АОТ40) порівняно з 2005 р У 2007 р рівень був нижчим, знову ж таки, аналогічно ситуації в 2004 році У 2008 році рівні озону показали загальне збільшення. У порівнянні з 2010 роком, значення в 2011 році були нижче, у північно-західній Європі, але трохи вище на півдні Європи, зокрема в Балканському регіоні.

           Проміжна мета щодо концентрації накопиченого озону явно не досягається в більшості країн Європи. Оцінка на основі фактичних вимірювань утруднена через відсутність станцій спостереження на початку 1990-х років.

           У той час як в 2004 і 2006 роках, майже всі ліси піддавалися рівнях, що перевищують критичний рівень, в 2007 40% була схильна нижчих, від критичного рівня. Аналогічно для сільськогосподарських культур / захисту рослинності, ніяких істотних вгору або вниз тенденцій не може бути виявлено.

           Озон має сильний корозійний вплив. При вдиханні озону, він буде проходити через всі дихальні шляхи і пошкоджувати легені бронхіоли і альвеоли. Повторний вплив озону може викликати запалення легеневої тканини і викликають респіраторні інфекції. Вплив озону може посилити існуючі респіраторні захворювання (такі як астма), а також пошкодження функції легенів і викликати біль у грудях та кашель. Високі концентрації озону можуть зруйнувати культури і лісову рослинність. Озон також пошкоджує імунну систему організму, та викликає пошкодження хромосом лімфоцитів, прискорене старіння, в результаті чого у вагітних жінок народжуються діти з певними відхиленнями.

          Європейські вчені в ході спільного дослідження виявили, що озоновий шар є біологічним природним бар'єром, але у грунті озон може пригнічувати ріст різних рослин, і сільськогосподарське виробництво зазнає значних втрат.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Річна зміна значення озону для сільськогосподарських культур.

КИЇВ - 2015