Биосфера, ее строение и функции

Содержание

• Введение
• 1. Биосфера, ее структура и функции
• 2. Последствия хозяйственной деятельности человека для окружающей среды
• 2.1 Загрязнение воздуха
• 2.2 Загрязнение пресных вод
• 2.3 Антропогенные изменения в почве
• 2.4 Влияние человека на растительный и животный мир
• 2.5 Кислые атмосферные выпады на сушу
• 3. Мониторинг окружающей среды
• 3.1 Методы контроля загрязнений окружающей среды
• 3.2 Методы контроля при мониторинге почвы
• 3.3 Методы контроля загрязнения вод
• 3.4 Методы контроля за состоянием загрязнения атмосферы
• 4. Основные положения рационального природопользования
• 5. Охрана природы и перспективы рационального природопользования
• Заключение
• Список литературы
• Введение

Развитие человеческого общества ускоряется с каждым десятилетием. Интенсивно растёт численность населения планеты. Индустриализация сопровождается колоссальным потреблением природных ресурсов и глубокими изменениями природной среды. Вырубка лесов, сооружение плотин и каналов, оросительных систем, обширные горно-геологические разработки, эрозия почв, применение удобрений, пестицидов, мелиорации, загрязнение почв, водоёмов и атмосферы индустриальными отходами и многие другие виды деятельности человека вносят в природу большие изменения, которые нарушают сложившиеся системы и отношения в биосфере Земли. Часто эти изменения имеют негативный и, что особенно опасно для будущего человечества, необратимый характер.

Подобные нарушения в биосфере Земли губительны для всего живого, в том числе и для самого человечества.

Со времени зарождения цивилизации человек изменял окружающую среду, проникая в природную кладовую экосистем планеты. В настоящее время человечество находится на таком критическом этапе взаимоотношений с природой, когда его дальнейший прогресс настоятельно требует от всех стран внедрения системы охраны природы, то есть научно-планового регулирования использования природных ресурсов в целях получения максимально возможной и устойчивой их продуктивности в настоящем и в будущем при сохранении наиболее благоприятной для человека естественной среды на благо всего общества.

В своей курсовой работе я изложу понятие биосферы, ее строение и функции. Расскажу о влиянии хозяйственной деятельности человека на окружающую среду и последствиях этой деятельности. Раскрою перспективы рационального природопользования и охраны природы, методы контроля загрязнения окружающей среды.

1. Биосфера, ее структура и функции

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 - 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 - 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 - 1920) трех способов питания живых организмов:

- автотрофное - построение организма за счет использования веществ неорганической природы;

- гетеротрофное - строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;

- микотрофное - смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Атмосфера. Атмосфера имеет несколько слоев:

- тропосфера - нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;

- стратосфера;

- ионосфера - там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Гидросфера. Вода - важный компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70 % поверхности Земного шара и содержит 1 300 млн. км.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере.

Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.

Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов.

Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.е. в количественном отношении земная кора - это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

Живые организмы (живое вещество). Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности земли, в почве и приповерхностном слое океана.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21 % приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99 %. Среди животных 96 % видов беспозвоночные и только 4% позвоночные, из которых только десятая часть - млекопитающие.

Таким образом, в количественном отношении преобладают формы, состоящие на относительно низком уровне эволюционного развития.

Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, одна она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Огромные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются.

Ежегодно благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10 % биомассы.

Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.

Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

2. Последствия хозяйственной деятельности человека для окружающей среды

В соответствии с плотностью населения меняется и степень воздействия человека на окружающую среду. Однако при современном уровне развития производительных сил деятельность человеческого общества сказывается на биосфере в целом. Человечество с его социальными законами развития и мощной техникой вполне способно влиять на вековой ход биосферных процессов.

2.1 Загрязнение воздуха

В процессе своей деятельности человек загрязняет воздушную среду. Над городами и промышленными районами в атмосфере возрастает концентрация газов, которые в сельской местности содержатся в очень небольших количествах или совсем отсутствуют. Загрязненный воздух вреден для здоровья. Кроме того, вредные газы, соединяясь с атмосферной влагой и выпадая в виде кислых дождей, ухудшает качество почвы, и снижают урожай.

Основные причины загрязнения атмосферы - сжигание природного топлива и металлургическое производство. Если в XIX веке поступающие в окружающую среду продукты сгорания угля и жидкого топлива почти полностью ассимилировались растительностью Земли, то в настоящее время содержание вредных продуктов сгорания неуклонно возрастает. Из печей, топок, выхлопных труб автомобилей в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них особенно выделяется сернистый ангидрид - ядовитый газ, легко растворимый в воде.

Концентрация сернистого газа в атмосфере особенно высока в окрестностях медеплавильных заводов. Он вызывает разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцевых зерен, засыхание опадание листьев хвои. Часть SO2 окисляется до серного ангидрида. Растворы сернистой и серной кислот, выпадая с дождями на поверхность Земли, причиняют вред живым организмам, разрушают здания. Почва приобретает кислую реакцию, из нее вымывается перегной (гумус) - органическое вещество, содержащее компоненты, необходимые для развития растений. Кроме того, в ней снижается количество солей кальция, магния, калия. В кислых почвах уменьшается и число обитающих в ней видов животных, замедлена скорость разложения. Все это создает неблагоприятные условия для роста растений.

Каждый год в результате сжигания топлива в атмосферу поступают миллиарды тонн CO2 . Половина диоксида углерода, образующегося при сгорании ископаемого топлива, поглощается океаном и зелеными растениями, половина остается в воздухе. Содержание CO2 в атмосфере постепенно возрастает и за последние 100 лет увеличилось более чем на 10 %. CO2 препятствует тепловому излучению в космическое пространство, создавая так называемый «парниковый эффект». Изменение содержания CO2 в атмосфере в значительной мере влияет на климат Земли.

Промышленные предприятия и автомобили служат причиной поступления в атмосферу многих ядовитых соединений - оксид азота, оксида углерода, соединений свинца (каждый автомобиль выделяет за год 1 кг свинца), различных углеводородов - ацетилена, этилена, метана, пропана, и др. Вместе с капельками воды они образуют ядовитый туман - смог, вредно действующий на организм человека, на растительность городов. Жидкие и твердые частицы (пыль), взвешенные в воздухе, уменьшают количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Так, в больших городах солнечная радиация уменьшается на 15 %, ультрафиолетовое излучение - на 30 % (а в зимние месяцы оно может совсем исчезнуть).

2.2 Загрязнение пресных вод

Масштабы использования водных ресурсов быстро увеличиваются. Это связано с ростом населения и улучшением санитарно-гигиенических условий жизни человека, развитием промышленности и орошаемого земледелия. Суточное потребление воды на хозяйственно-бытовые нужды в сельской местности составляет 50 л на одного человека, в городах - 150 л.

Огромное количество воды используется в промышленности. На выплавку 1 т стали необходимо 200 м3 воды, а на изготовление 1 т синтетического волокна - от 2500 до 5000 м3. Промышленность поглощает 85 % всей воды, расходуемой в городах.

Еще больше воды необходимо для орошения. В течение года на 1 га поливных земель уходит 12-14 м3 воды. В нашей стране ежегодно на орошение расходуется более 150 км3 .

Постоянное увеличение водопотребления на планете ведет к опасности «водного голода», что обусловливает необходимость разработки мероприятий по рациональному использованию водных ресурсов. Кроме высокого уровня расхода нехватка воды вызывается ее растущим загрязнением вследствие сброса в реки отходов промышленного и особенно химического производства. Бактериальное загрязнение и ядовитые химические вещества (например, фенол) приводят к омертвлению водоемов. Вредные последствия имеет также молевой сплав леса по рекам, который часто сопровождается заторами. При длительно пребывании древесины в воде она теряет деловые качества, а вымываемые из нее вещества губительно действуют на рыб.

В реки и озера поступают и вымываемые из почвы дождями минеральные удобрения - нитраты и фосфаты, которые в больших концентрациях способны резко изменять видовой состав водоемов, а также различные ядохимикаты - пестициды, используемые в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми-вредителями. Для аэробных организмов, обитающих в пресных водах, неблагоприятным фактором служит и сброс предприятиями теплых вод. В теплой воде кислород плохо растворяется и его дефицит может приводить многие организмы к гибели.

2.3 Антропогенные изменения в почве

Плодородный слой почвы формируется очень долго. В тоже время ежегодно вместе с урожаем из почвы изымаются десятки миллионов тонн азота, калия, фосфора - главных компонентов питания растений. Перегной, основной фактор плодородия почвы, содержится в черноземах в количестве менее 5 % от массы пахотного слоя. На бедных почвах перегноя еще меньше. При отсутствии пополнения почв соединениями азота его запас может быть израсходован за 50-100 лет. Этого не происходит, поскольку культурное земледелие предусматривает внесение в почву органических и неорганических (минеральных) удобрений.

Внесенные в почву азотные удобрения используются растениями на 40-50%. Остальная часть восстанавливается микроорганизмами до газообразных веществ, улетучивается в атмосферу или вымывается из почвы. Таким образом, минеральные азотные удобрения быстро расходуются, поэтому их приходиться вносить ежегодно. При недостаточном применении органических и неорганических удобрений почва истощается и урожаи падают. Неблагоприятные изменения в почве наступают и в результате неправильных севооборотов, т. е. ежегодного посева одних и тех же культур, например картофеля.

К числу антропогенных изменений почвы относится эрозия (разъедание). Эрозия представляет собой разрушение и снос почвенного покрова потоками воды или ветром. Широко распространена и наиболее разрушительна водная эрозия. Она возникает на склонах и развивается при неправильной обработке земли. Вместе с талыми и дождевыми водами с полей ежегодно уносится в реки и моря миллионы тонн почвы. Если размыву ничто не препятствует, мелкие промоины превращаются в более глубокие и, наконец, в овраги.

Ветровая эрозия возникает в районах с сухой обнаженной почвой, с изреженным растительным покровом. Чрезмерный выпас скота в степях и полупустынях способствует ветровой эрозии и быстрому разрушению травяного покрова. Для восстановления слоя почвы толщиной 1 см в естественных условиях требуется 250-300 лет. Следовательно, пыльные бури приносят невосполнимые потери плодородного слоя почвы.

Значительные территории со сформированными почвами изымаются из сельскохозяйственного оборота вследствие открытого способа разработки полезных ископаемых, залегающих на небольшой глубине. Открытый способ добычи дешев, так как избавляет от сооружения дорогостоящих шахт и сложной системы коммуникаций, а также является более безопасным. Вырытые глубокие карьеры и отвалы грунта разрушают не только земли, подлежащие разработке, но и окружающие территории, при этом нарушается гидрологический режим местности, загрязняются воды, почва и атмосфера, снижается урожай сельскохозяйственных культур.

2.4 Влияние человека на растительный и животный мир

Воздействия человека на живую природу складывается из прямого влияния и косвенного изменения природной среды. Одна из форм прямого воздействия на растения и животных - рубка леса. Выборочные и санитарные рубки, регулирующие состав и качество леса и необходимые для удаления поврежденных и больных деревьев, существенно не влияют на видовой состав лесных биоценозов. Другое дело - сплошная вырубка древостоя. Оказавшись внезапно в условиях открытого местообитания, растения нижних ярусов леса испытывают неблагоприятное влияние прямого солнечного излучения. У тенелюбивых растений травянистого и кустарничкового ярусов разрушается хлорофилл, угнетается рост, некоторые виды исчезают. На месте вырубок поселяются светолюбивые растения, устойчивые к повышенной температуре и недостатку влаги. Меняется и животный мир: виды, связанные с древостоем, исчезают или мигрируют в другие места.

Ощутимое воздействие на состояние растительного покрова оказывает массовое посещение лесов отдыхающими и туристами. В этих случаях вредное влияние заключается в вытаптывании, уплотнения почвы и ее загрязнении. Прямое влияние человека на животный мир заключается в истреблении видов, представляющих для него пищевую или другую материальную пользу. Считается, что с 1600 г. человеком было истреблено более 160 видов и подвидов птиц и не менее 100 видов млекопитающих. В длинном списке исчезнувших видов значится тур - дикий бык, живший на территории всей Европы. В XVIII в. была истреблена описанная русским натуралистом Г.В. Стеллером морская корова (стеллерова корова) - водное млекопитающее, относящееся к отряду сиреновых. Немногим более ста лет назад исчезла дикая лошадь тарпан, обитавшая на юге России. Многие виды животных находятся на грани вымирания или сохранились только в заповедниках. Такова судьба бизонов, десятками миллионов населявших прерии Северной Америки, и зубров, прежде широко распространенных в лесах Европы. На Дальнем Востоке почти полностью истреблен пятнистый олень. Усиленный промысел китообразных привел на грань уничтожения несколько видов китов: серого, гренландского, голубого.

На численность животных оказывает влияние и хозяйственная деятельность человека, не связанная с промыслом. Резко снизилась численность уссурийского тигра. Это произошло в результате освоения территорий в пределах его ареала и сокращения кормовой базы. В Тихом океане ежегодно погибает несколько десятков тысяч дельфинов: в период лова рыбы они попадают в сети и не могут из них выбраться. Еще недавно, до принятия рыбаками специальных мер, число погибающих в сетях дельфинов достигало сотен тысяч. Для морских млекопитающих очень неблагоприятно влияние загрязнения воды. В таких случаях оказывается неэффективным запрет на отлов животных. Например, после запрета отлова дельфинов в Черном море их численность не восстанавливается. Причина заключается в том, что в Черное море с речной водой и через проливы из Средиземного моря поступает много ядовитых веществ. Эти вещества особенно вредны для детенышей дельфинов, высокая смертность которых предотвращает рост поголовья этих китообразных.

Исчезновение сравнительно небольшого числа видов животных и растений может показаться не очень существенным. Каждый вид занимает определенное место в биоценозе, в цепи, и заменить его не может никто. Исчезновение того или иного вида ведет к уменьшению устойчивости биоценозов. Еще важнее то, что каждый вид обладает уникальными, присущими только ему свойствами. Утрата генов, определяющих эти свойства и отобранных в ходе длительной эволюции, лишает человека возможности в будущем воспользоваться ими для своих практических целей (например, для селекции).

2.5 Кислые атмосферные выпады на сушу

Одна из острейших глобальных проблем современности и обозримого будущего - это проблема возрастающей кислотности атмосферных осадков и почвенного покрова. Районы кислых почв не знают засух, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво; они быстро истощаются и урожаи на них низкие. Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств окислов серы, азота, углерода. Эти окислы, поступая в атмосферу, переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и превращаются в растворы смеси сернистой, серной, азотистой, азотной и угольной кислот, которые выпадают в виде "кислых дождей" на сушу, взаимодействуя с растениями, почвами, водами. 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 окислов 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.

3. Мониторинг окружающей среды

В настоящее время употребляют два основных термина, касающихся оценки качества окружающей природной среды: мониторинг и контроль. Мониторинг - система наблюдения, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенного воздействия. Мониторинг не исключает задачи управления качеством окружающей среды, тогда как контроль подразумевает не только наблюдение и получение информации, но и управление состоянием среды.

Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

- о состоянии окружающей среды;

- о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния;

- о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;

- о существующих резервах биосферы.

Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия. Сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой информации для принятия экологически значимых решений.

Классификацию мониторинга проводят по различным признакам: по масштабам загрязнений; по объектам наблюдений; по методам наблюдений.

По масштабам загрязнений: глобальный, региональный, импактный, базовый (фоновый).

Глобальный мониторинг предусматривает слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза возможных изменений. Региональный мониторинг охватывает отдельные регионы, в пределах которых наблюдаются процессы и явления, отличающиеся по природному характеру или по антропогенным воздействиям от естественных биологических процессов. Импактный мониторинг обеспечивает наблюдения в особо опасных зонах и местах, непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ. Базовый мониторинг - это слежение за состоянием природных систем, на которые практически не накладываются региональные антропогенные воздействия. для осуществления базового мониторинга используют удаленные от промышленных регионов территории, в том числе биосферные заповедники.

По объектам наблюдения: мониторинг антропогенных изменений в атмосфере, гидросфере, почве, мониторинг источников загрязнения.

При мониторинге качественно и количественно характеризуется состояние воздуха, поверхностных вод, климатические изменения, свойства почвенного покрова, состояние растительного и животного мира. К каждому из перечисленных компонентов биосферы предъявляются особые требования и разрабатываются специфические методы анализа.

По методам наблюдения: авиационный, спутниковый (дистанционный), геофизический, мониторинг по физическим, химическим и биологическим показателям.

Организация мониторинга в Российской Федерации обеспечивается Единой государственной системой экологического мониторинга (ЕГСЭМ), в которую входят различные министерства и ведомства, осуществляющие управление в области охраны окружающей среды. В эту систему входят Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), Министерство природных ресурсов РФ (Минприроды России), санэпидслужба, а также отраслевые специально уполномоченные органы по охране окружающей среды. Минприроды России осуществляет общее руководство и координацию деятельности министерств и ведомств, предприятий и организаций в области экологического мониторинга.

3.1 Методы контроля загрязнений окружающей среды

Методы химического и физико-химического анализа позволяют определить качественный и количественный состав загрязняющих веществ в окружающей среде. Оценка устойчивости природных экосистем к различным видам загрязнений проводится методом биоиндикации. Биоиндикация - это обнаружение и определение антропогенных нагрузок по реакциям на них живых организмов и их сообществ. Объектами биоиндикационных исследований могут быть отдельные виды флоры или фауны, а также экосистемы.

Например, хвойные породы деревьев чувствительны к радиоактивному загрязнению, а многие представители почвенной фауны - к промышленному загрязнению. Хвойные леса используются для наблюдений в качестве критических экосистем.

Анализ наблюдении за такими объектами позволяет выявить экологические нарушения еще при таких уровнях загрязнения, которые не представляют опасности для населения, проживающего на окружающей территории.

3.2 Методы контроля при мониторинге почвы

Почвенный покров накапливает информацию о происходящих процессах и изменениях, т. е. почва не только является своеобразным индикатором сиюминутного состояния среды, во и отражает прошлые процессы. Поэтому почвенный (агроэкологический) мониторинг имеет более общий характер и открывает большие возможности для решения прогностических задач. Основными показателями, которые оцениваются в процессе агроэкологического мониторинга, являются следующие: кислотность, потеря гумуса, засоление, загрязнение нефтепродуктами.

Кислотность почв оценивается по значению водородного показателя (рН) в водных вытяжках почвы. Значение рН измеряют с помощью рН-метра, иономера или потенциометра. Оптимальные диапазоны рН для растений от 5,0 до 7,5. Если кислотность, т. е. рН, меньше 5, то прибегают к известкованию почв, при рН более 7,5-В используют химические средства для снижения рН.

В настоящее время контроль за содержанием гумуса входит в число первоочередных задач. Изменение количества органического вещества в почве не только связано с изменением почвенных свойств и их плодородия, но и отражает влияние внешних негативных процессов, вызывающих деградацию почв. Содержание гумуса определяют по окисляемости органического вещества. К навеске почвы добавляют окислитель (чаще всего хромпик) и кипятят. При этом органическое вещество, входящее в состав гумуса, окисляется до СО2 и Н2О. Количество израсходованного окислителя определяют либо титрометрическим методом, либо спектрофотометрическим. Зная количество окислителя, определяют количество органического вещества.

В последнее время применяют анализаторы углерода, в которых происходит сухое сжигание органического вещества в токе кислорода с последующим определением выделившегося СО2.

Антропогенное засоление почв проявляется при недостаточно научно обоснованном орошении, строительстве каналов и водохранилищ. Химически оно проявляется в увеличении содержания в и почвенных растворах легкорастворимых солей - это NаСI, Nа2SО4, МgCl2, МgSО4. Наиболее простой метод обнаружения засоления основан на измерении электрической проводимости. Применяют определение электрической проводимости почвенных суспензий, водных вытяжек, почвенных растворов и непосредственно почв. Этот процесс контролируется путем определения удельной электрической проводимости водных суспензий с помощью специальных солемеров. При контроле за загрязнением почв нефтепродуктами решаются обычно три основные задачи: определяются масштабы (площади), загрязнения, оценивается степень загрязнения, выявляется наличие токсичных и канцерогенных загрязнений.

Первые две задачи решаются дистанционными методами, к которым относится аэрокосмическое измерение спектральной отражательной способности почв. По изменению окраски или плотности почернения на аэрофотоснимках можно определить размеры загрязненной территории, конфигурацию площади загрязнения, а по снижению коэффициента отражения оценить степень загрязнения. Степень загрязненности почв можно определить по количеству содержащихся в почве углеводородов, которое определяется методами хроматографии.

3.3 Методы контроля загрязнения вод

Основными стандартными методами контроля за состоянием загрязнения вод являются определение химического потребления кислорода (ХПК) и биохимического потребления кислорода (БПК). ХПК - это величина, характеризующая общее содержание в загрязненной воде органических и неорганических восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Значение ХПК обычно выражают в единицах количества кислорода, расходуемого на окисление. БПК - это количество кислорода, требуемое для окисления находящихся в воде органических веществ в аэробных условиях, в результате происходящих в загрязненной воде биологических процессов. При относительной простоте и доступности этих методов невозможно достичь высокой точности определения концентраций загрязнений. Такие соединения, как пиридин, бензол, толуол, не окисляются, и определить их наличие в пробе этими методами невозможно.

При анализе состава сточных вод все чаще применяют “многокомпонентные” методы анализа, которые позволяют определить широкий спектр химических веществ, К ним относятся атомно-змиссионный, рентгеновский и хроматографический методы. Для этого выпускают С-, Н-, N-анализаторы и другие приборы-автоматы.

3.4 Методы контроля за состоянием загрязнения атмосферы

Для анализа примесей, содержащихся в атмосфере, применяют приборы, называемые газоанализаторами. Газоанализаторы позволяют получить непрерывные по времени характеристики загрязнения воздуха и выявлять максимальные концентрации примесей, которые могут быть не зафиксированы при периодическом отборе проб воздуха по нескольку раз в сутки.

Газоанализаторы различают по типам определяемых примесей (СО2, КО2), принципам действия диапазону измеряемых концентраций. В этих приборах примеси, содержащиеся в воздухе, взаимодействуют со специальными реагентами. Концентрации примесей определяют по характеру или показателям интенсивности реакции. Региональные инструментальные методы анализа основаны на автоматизированной системе контроля за загрязнением воздуха в промышленном регионе или на нескольких предприятиях. Такая автоматизированная система контроля позволяет получить по каналам связи (телефонным линиям) непрерывную информацию о концентрации примесей. Информация поступает от автоматических газоанализаторов, установленных в различных местах региона или вокруг крупных промышленных объектов, иногда на конкретных технологических установках. Информация, полученная по каналам автоматической телефонной сети, в центре сбора выводится на индикационное табло, а затем обрабатывается по специальной программе. Если в отдельных пунктах отмечается повышение концентраций примесей, то по данным о метеорологических параметрах можно судить, чем это вызвано и от какого источника поступают примеси, затем передать указания о необходимости сокращения выбросов данному источнику. Особое значение такие системы имеют для территориально-производственных комплексов, включающих многие предприятия различных типов, связанных единым технологическим циклом, сырьевыми, энергетическими и другими транспортными потоками. Глобальный мониторинг осуществляется в основном зондированием атмосферы. Для этого используют оптическую и радиолокационную аппаратуру, которая позволяет определить на разных высотах атмосферы такие загрязнения, как СО, СО2, СН4.

В настоящее время во всем мире повышенное внимание уделяется использованию и разработке лазеров для дистанционного анализа загрязнений атмосферы. Автоматизированные приборы на основе лазеров, выпускаемые серийно, получают все большее распространение. Приборы, представляющие собой сочетание лазера и локатора, называются лидарами. С их помощью изучают пространственное распределение примесей в воздухе. Лазерные аэрозольные спектрометры предназначены для исследования в автоматизированном режиме содержания аэрозолей в воздухе, как в городах, так и за их пределами. Лазерные устройства дифференциального сканирования успешно используются для измерения на уровне десятитысячных долей процента S02 в движущихся за ветром потоках из труб промышленных предприятий и электростанций. Все перечисленные системы и методы мониторинга окружающей среды служат для накопления и анализа информации о состоянии природной среды. данные, полученные этими методами, используются для моделирования процессов в окружающей среде, составления научных прогнозов. На основе научных прогнозов вырабатываются практические рекомендации по совершенствованию охраны природы.

4. Основные положения рационального природопользования

Ни один природный ресурс те может использоваться или охраняться независимо друг от друга. Так, например, повышение плодородия почв за счет прошения с помощью оросительных систем может привести к истощению водных ресурсов, которое необходимо предвидеть и предупредить.

Сбросы отходов в реку должны оцениваться по их воздействию не только на рыбу, но и на биохимию данного водного объекта и на всю систему водообеспечения района, де протекает эта река, включая тот водоем или водоток, куда эта река впадает.

Принцип оптимизации природопользования заключается в принятии наиболее целесообразных решений в использовании природных ресурсов и природных систем на основе одновременного экологического и экономического подхода, прогноза развития различных отраслей и географических регионов. В соответствии с этим принципом целесообразным является перемещение некоторых лесоперерабатывающих предприятий в восточные районы страны, ближе к запасам сырья, что снижает нагрузку на истощенные запасы древесины в Европейской части Российской Федерации. Открытые карьерные способы разработки полезных ископаемых имеют ряд преимуществ перед шахтной добычей по степени максимального использования сырья, но приводят к утрате плодородных почв. Оптимальным при этом является сочетание открытых разработок с рекультивацией земель и восстановлением их плодородия.

Принцип опережения темпов заготовки и добычи сырья по сравнению с темпами выхода полезной продукции основан на снижении количества образующихся отходов в процессе производства. Он предполагает прирост продукции не за счет вовлечения в использование новых масс природных ресурсов, а за счет более полного их использования путем ресурсосбережения и совершенствования технологических процессов.

Принцип гармонизации отношений природы и производства соблюдается путем создания и эксплуатации природно-технических, геотехнических или эколого-зкономических систем, представляющих собой совокупность какого-либо производства и взаимодействующих с ним элементов природной среды, обеспечивающих, с одной стороны, высокие производственные показатели, с другой - поддёржание в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки, максимально возможное сохранение и воспроизводство естественных ресурсов.

В таких системах предусматривается прогнозирование нежелательных и опасных ситуаций, а также реализация мер по их предотвращению. Система имеет службу управления, задачей которой является своевременное выявление возможных вредных воздействий и внесение необходимых корректив в тот или иной компонент системы (производство или окружающую среду).

Если обнаружено ухудшение состояния природной среды вблизи предприятия, служба управления принимает решение о необходимости остановить производственный процесс, уменьшив при этом объемы выбросов и сбросов.

Своевременное и точное обнаружение опасных ситуаций достигается непрерывным сбором информации о состоянии окружающей среды с помощью наблюдений за ее изменениями, вызванными антропогенными причинами, что позволяет прогнозировать их развитие. Самые простые функции этих систем заключаются в контроле загрязнения воздуха, воды, почвы, в наблюдениях за состоянием живых организмов, а непосредственно на предприятии - в контроле стоков и пылегазовых выбросов. Получаемая информация анализируется руководством предприятия, принимающим необходимые технические решения.

Принцип комплексного использования природных ресурсов и концентрации производства заключается в том, что на базе имеющихся в данном экономическом районе сырьевых и энергетических ресурсов создаются территориально-производственные комплексы, которые позволяют более полно использовать указанные ресурсы и тем самым снизить вредную нагрузку на окружающую среду. Такие территориально-производственные комплексы имеют специализацию, сконцентрированы на определенной территории, обладают единой производственной и социальной инфраструктурой (коммуникациями, потоками вещества и энергии, системой здравоохранения, сферой культуры) и совместными усилиями обеспечивают охрану окружающей среды.

5. Охрана природы и перспективы рационального природопользования

Защита окружающей среды - это комплексная проблема, которая может быть решена только совместными усилиями специалистов различных отраслей науки и техники.

Наиболее эффективной формой защиты окружающей среды от вредного воздействия промышленных предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям, а в условиях сельскохозяйственного производства - к биологическим методам борьбы с сорняками и вредителями. Это потребует решения целого комплекса сложных технологических, конструкторских и организационных задач. Экологизация промышленного производства должна развиваться по следующим направлениям: совершенствование технологических процессов и разработка нового оборудования с меньшим уровнем выбросов вредных примесей и отходов в окружающую среду; широкое внедрение экологической экспертизы всех видов производств и промышленной продукции; замена токсичных и неутилизируемых отходов на нетоксичные и утилизируемые; широкое применение дополнительных методов и средств защиты окружающей среды.

В качестве дополнительных средств защиты применяется различное очистное оборудование, к которому относятся аппараты и системы очистки газовых выбросов, сточных вод, глушители шума при сбросе газов в окружающую среду. Перечисленные мероприятия позволят снизить выброс вредных веществ в окружающую среду и тем самым более полно использовать природные ресурсы. Таким образом, рациональное использование ресурсов и обеспечение качества окружающей среды являются общей задачей, которую должны решать специалисты различных областей науки и отраслей техники.

В наши дни потребительское отношение к природе, расходование ее ресурсов без осуществления мер по их восстановлению уходят в прошлое. Проблема рационального использования природных ресурсов, охрана природы от губительных последствий хозяйственной деятельности человека приобрели огромное государственное значение. Общество в интересах настоящих и будущих поколений принимает необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей среды человека. Охрана природы и рациональное природопользование - проблема комплексная, и ее решение зависит как от последовательного осуществления государственных мероприятий, так и от расширения научных знаний.

Для вредных веществ в атмосфере законодательно установлены предельно допустимые концентрации, не вызывающие у человека ощутимых последствий. С целью предотвращения загрязнения атмосферы разработаны мероприятия, обеспечивающие правильное сжигание топлива, переход на газифицированное теплоцентральное отопление, установку на промышленных предприятиях очистных сооружений. На алюминиевых заводах установка фильтров на трубах предотвращает выброс фтор в атмосферу.

Помимо строительства очистных сооружений ведутся поиски технологии, при которой образование отходов было бы сведено к минимуму. Этой же цели служат улучшение конструкции автомобилей, переход на другие виды топлива, при сжигании которого образуется меньше вредных веществ. Разрабатываются автомобили с электрическим двигателем для передвижения в пределах города. Большое значение имеют правильная планировка городов и зеленые наслаждения. Например, сернистый газ хорошо поглощается тополем, липой, кленом, конским каштаном.

Бытовые и промышленные сточные воды подвергаются механической, физико-химической и биологической обработке. Биологическая очистка заключается в разрушении растворенных органических веществ микроорганизмами.

Очистка сточных вод не решает всех проблем. Поэтому все больше предприятий переходит на новую технологию - замкнутый цикл, при котором очищенная вода вновь поступает в производство. Новые технологические процессы позволяют в десятки раз сократить расход воды.

Для повышения продуктивности сельского хозяйства громадное значение имеют правильная агротехника и осуществление специальных мероприятий по охране почвы. Например, борьба с оврагами успешно ведется путем посадки растений - деревьев, кустарников, трав. Растения защищают почвы от смыва и уменьшают скорость течения воды. Разнообразие посадок и посевов по оврагу способствует образованию стойких биоценозов. В зарослях поселяются птицы, что имеет немаловажное значение для борьбы с вредителями. Защитные лесонасаждения в степях препятствуют водной и ветровой эрозии полей.

Развитие биологических методов борьбы с вредителями позволяет резко сократить использование в сельском хозяйстве пестицидов.

В настоящее время в охране нуждаются 2000 видов растений, 236 видов млекопитающих, 287 видов птиц. Международным союзом охраны природы учреждена специальная Красная книга, в которой сообщаются сведения об исчезающих видах и даются рекомендации по их сохранению. Многие виды животных, находящихся под угрозой исчезновения, сейчас восстановили свою численность. Это относится к лосю, сайгаку, белой цапле, гаге.

Сохранения животного и растительного мира способствует организации заповедников и заказников. Помимо охраны редких и исчезающих видов служат базой для одомашнивания диких животных, обладающих ценными хозяйственными свойствами. Заповедники служат также центрами по расселению животных, исчезнувших в данной местности, или целям обогащения местной фауны.

Подобные примеры показывают, что бережное отношение, основанное на глубоких знаниях биологии растений и животных, не только сохраняет ее, но и дает значительный экономический эффект.

Заключение

Человечество в своем стремлении к улучшению условий существования постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. Например, современный человек увеличил объем привычных для природы загрязнений настолько, что она не успевает их перерабатывать. Мало того, он стал вырабатывать такие загрязнения, для переработки которых в природе пока нет соответствующих видов, а для некоторых загрязнений, к примеру, радиоактивных, их никогда и не появится. Поэтому «отказ» биосферы перерабатывать плоды человеческой деятельности неизбежно будет действовать как все более нарастающий ультимативный фактор в отношении человека. Поэтому будущее человека как биологического вида предсказуемо: экологический кризис и снижение численности.

Конец второго тысячелетия завершился глобальным воздействием человечества на структуру и функции биосферы. Развеян миф о бесконечности и неисчерпаемости ресурсов биосферы - водных, биологических, минеральных и других. На любом участке суши или водоёма можно встретить «следы человечества». Нарушений «равновесий» в природе так много, что люди всё чаще задумываются над проблемой «человек и биосфера». Мощная и разветвленная индустрия, поглощая и перерабатывая много сырья, все сильнее загрязняет планету, размеры которой конечны. Значение обратных связей нарастает. Человечество уже испытывает на себе «ответный удар» загрязненной им биосферы. Погибли многие виды организмов, значение которых в механизме природы не было вовремя оценено, загрязняются пресные водоёмы, загрязнен воздух в городах (смоги), синтетика всё больше вытесняет природные материалы; шумы и различные излучения (радиоволны, радиоактивность) существенно влияют на психику и здоровье людей.

Число проблем общечеловеческого и планетарного значения резко нарастает, а многие «победы» человека над природой нуждаются в переоценке. На Западе появляются панические прогнозы, созвучные мифу о «конце света». Проблемой номер один становятся здоровье человечества. Историческая ответственность за это лежит на капиталистическом обществе с характерными для него войнами, бесплановостью хозяйства, погоней за сверхприбылями.

Разрешение назревающего конфликта в системе «биосфера и человечество» люди видят в Науке и Мире. Только наращивая уровень знаний в естественных и гуманитарных науках, и осмотрительно и активно внедряя их, человечество сможет, вопреки паническим прогнозам, не только приостановить загрязнение биосферы, но и во много раз увеличить использование ресурсов биосферы без подрыва производительности сил Земли. Один из путей мелиорации планеты состоит в широком использовании циклических процессов в производстве; создание замкнутых по воде циклов в промышленности - лекарство первой помощи.

Опираясь на труды и идеи В. И. Вернадского, необходимо приступить к глубокой количественной разработке всех аспектов учения о биосфере и скорейшему внедрению их в практику.

Вернадский видел неизбежность ноосферы, подготавливаемой как эволюцией биосферы, так и историческим развитием человечества. С точки зрения ноосферного подхода по-иному видятся и современные болевые точки развития мировой цивилизации. Варварское отношение к биосфере, угроза мировой экологической катастрофы, производство средств массового уничтожения - все это должно иметь преходящее значение. Вопрос о коренном повороте к истокам жизни, к организованности биосферы в современных условиях должен звучать как набат, призыв к тому, чтобы мыслить и действовать, в биосферном - планетном аспекте.

Список литературы

1. Аллен Р.Д. «Наука о жизни»

2. Арустаов Э.А. «Природопользование»

3. Вернадский В.И. «Биосфера и ноосфера»

4. Вернадский В.И. «Научная мысль как планетное явление»

5. Вернадский В.И. «Философские мысли натуралиста»

6. Кашмилов М. М. «Эволюция биосферы»

7. Кривошеин Д.А., Муравей Л.А. «Экология и безопасность жизнедеятельности»

8. Лапо А.В. «Следы былых биосфер»

9. Рузалин Г.И. «Концепция современного естествознания»

10. Тюрюканов А. Н. «Биосфера и её ресурсы»