Экологические факторы. Охрана атмосферы

14

Контрольная работа по дисциплине «Экология»

1. Экологические факторы. Типы взаимодействий между организмами

Экологические факторы - отдельные элементы среды, взаимодействующие с организмами.

Различают абиотические, биотические факторы и антропогенный фактор.

§ Абиотические факторы: свет, температура, влажность и другие компоненты климата, состав воздуха, почвы и пр., т.е. элементы неживой природы.

§ Биотические факторы: живые тела, или организмы, всевозможные взаимодействия между ними.

§ Антропогенные факторы: вырубка леса, осушение болот, возведение плотины, выброс в атмосферу различных химических в-в и пр. (т.е. деятельность человека).

Разные экологические факторы действуют на организмы определенными путями. Соответственно организмы имеют морфологические физиологические, поведенческие приспособления к ним.

Экологические факторы бывают разной интенсивности (в недостатке, в норме, или в избытке). Температура среды, например, бывает высокой, средней или низкой. Интенсивность фактора, при действии которого организм испытывает наиболее благоприятные воздействие на жизнедеятельность, называют оптимумом.

Отклонением от оптимума как в сторону понижения, так и в сторону повышения интенсивности фактора вызывают угнетенное состояние организма (бывают верхние и нижние границы выносливости по каждому фактору).

Оптимум неодинаков для разных видов живых организмов (холодостойких и теплолюбивых, влагостойких и сухолюбивых, теневыносливых и светолюбивых и пр.).

На организм одновременно действуют не один, а несколько факторов (их комплекс).

При оптимальной температуре повышается выносливость к неблагоприятной влажности или недостатку пищи; обилие пищи увеличивает устойчивость к понижению температуры. Однако ни один из необходимых факторов не может быть заменен другим.

Если какой-либо фактор выходит за пределы выносливости организма, то существование этого организма становится невозможным даже при других благоприятных условиях. Факторы, выходящие за пределы максимума или минимума выносливости, называются ограничивающими факторами.

Теоретически взаимодействие популяций двух видов можно выразить в виде следующих комбинаций символов: 00, --, ++, +0, -0 , +-. Выделяют 9 типов наиболее важных взаимодействий между видами (по Ю. Одуму, 1986):

§ нейтрализм(00)- ассоциация двух видов популяций не сказывается ни на одном из них;

§ Взаимное конкурентное подавление (--) - обе популяции взаимно подавляют друг друга;

§ Конкуренция из-за ресурсов (--) - каждая популяция неблагоприятно воздействует на другую при недостатке пищевых ресурсов;

§ Аменсализм (-0) - одна популяция подавляет другую, но сама при этом не испытывает отрицательного влияния;

§ Паразитизм (+ - ) -популяция паразита наносит вред популяции хозяина;

§ Хищничество (+ -) - одна популяция неблагоприятно воздействует на другую в результате прямого нападения, но зависит от другой;

§ Комменсализм (+0) - одна популяция извлекает пользу от объединения с другой, а другой популяции это объединение безразлично;

§ Протокооперация (+ +) -обе популяции получают пользу от объединения;

§ Мутуализм (+ +) - связь благоприятна для роста и выживания отдельных популяций, причём в естественных условиях ни одна из них не может существовать без другой.

Примечание: (0) - существенное взаимодействие между популяциями отсутствует; (+) - благоприятное действие на рост, выживание или другие характеристики популяции; (-) - ингибирующее действие на рост или другие характеристики популяции.

Тип взаимодействия определённой пары видов может изменяться в зависимости от условий или от последовательных стадий их жизненных циклов. Иногда отношения двух видов можно охарактеризовать как паразиты, иногда - как комменсализм, а иногда они могут быть нейтральными.

Девять описанных видов взаимодействий можно свести к двум более обобщенным типам - отрицательным (антибиотическим) и положительным (симбиотическим). В зависимости от состояния экосистемы к ней может быть, применим один из следующих принципов:

§ В ходе эволюции и развития экосистемы существует тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий за счёт положительных, увеличивающих выживание обоих видов.

§ В недавно сформировавшихся или новых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий больше, чем в старых.

Взаимодействие популяций может быть взаимно полезным, полезным для одной из них и безразличным для другой.

Более того, взаимоотношения могут меняться, они не заданы раз и навсегда.

Далее на примерах подробнее рассмотрим типы взаимоотношений между организмами.

В случае, когда одна популяция не испытывает влияния другой, т.е. между ними нет взаимодействия, то такая ситуация называется нейтрализмом. Например, белки и лоси в одном лесу не контактируют между собой. К антибиотическим отношениям можно отнести следующие формы отношений:

§ Конкуренцию;

§ Паразитизм;

§ Хищничество;

§ Аменсализм.

Если популяции являются антагонистами в борьбе за пищу, место обитания и другие необходимые для жизни факторы, то их отношения называют конкуренцией.

В природе возникают ситуации, когда один вид наносит ущерб другому, но в то же время не может существовать без него. Такой тип взаимоотношений называют либо паразитизмом (когда представители какого-либо вида обитают внутри или на поверхности другого - например, паразитические черви, обитающие внутри млекопитающих и человека), либо хищничеством (когда представители одного вида ловят и поедают представителей другого - например, отношения между волками и грызунами и др.).

При аменсализме страдает один вид, а другой развивается нормально: например, плесневый гриб Penicillium выделяет пенициллин - вещество, подавляющее рост различных бактерий, но бактерии не оказывают влияния на плесневый гриб. При клинических испытаниях пенициллина было выявлено, что при его применении увеличилось число грибковых заболеваний, поскольку в естественных условиях развитие грибов сдерживается присутствием бактерий. При антагонизме - аменсализме, паразитизме и хищничестве - ошибочно полагать, что отношения между хозяином и паразитом или хищником и жертвой всегда вредны для хозяина или жертвы. Со временем под влиянием естественного отбора губительное действие паразита или хищника ослабевает, поскольку паразит может сохраниться лишь в том случае, если перейдет на какой-либо новый вид, пригодный в качестве хозяина. Если же паразит не найдет нового хозяина, то он погибает сам.

К симбиотическим можно отнести следующие формы отношений:

§ Собственно симбиоз (протокооперация);

§ Мутуализм;

§ Комменсализм.

Симбиоз - сожительство (от греч. "син" - вместе, "биос" - жизнь) представляет такую форму взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них извлекает пользу от другого. Симбиоз - понятие широкое и включает много разных вариантов отношений между видами. Если присутствие одной популяции благоприятно для другой, но не является необходимым условием существования, то такие отношения носят характер протокооперации (на панцирях многих ракообразных обитают различные кишечнополостные, которые получают пищу, когда его хозяин ловит и поедает других животных, однако они могут существовать и раздельно). Протокооперацию можно в определенном смысле отнести к симбиозу. Существуют и другие формы симбиоза: мутуализм, комменсализм.

В случае, когда оба вида извлекают выгоду из совместного существования и не могут жить самостоятельно, то такая ассоциация называется мутуализмом. Примером мутуализма являются термиты, в кишечнике которых обитают жгутиковые (простейшие), имеющие ферменты для разложения древесины, которой питаются термиты.

Формирование мутуализма проходит через несколько стадий: сначала ассоциация носит характер комменсализма (т.е. такой тип взаимоотношений, когда один из двух совместно обитающих видов - комменсал - извлекает пользу из совместного существования, не причиняя, однако, вреда другому виду), а затем через фазу протокооперации отношения в ассоциации переходят в мутуализм. Комменсализм широко представлен в океане, где практически в каждой норе, вырытой червем, и в каждой раковине обитают гости, использующие убежище хозяина и не приносящие ему ни пользы, ни вреда.

Рыбы-лоцманы, следующие за акулами, черепахами, дельфинами, кормятся остатками пищи этих животных, а также их экскрементами и паразитами. Такие отношения между видами называют нахлебничеством (один из вариантов комменсализма). Другая форма комменсализма получила название квартиранства: в полости голотурии "морского огурца" находят убежище разнообразные мелкие виды животных. Растения - эпифиты (от греч. "эпи" - на, сверх, "фитом" - растение) поселяются на деревьях. Например, на деревьях поселяются водоросли, лишайники, мхи, орхидеи - они питаются за счет фотосинтеза и отмирающих тканей хозяина, но не их соками.

2. Охрана атмосферы. Очистка газопылевыбросов

Основные пути снижения и полной ликвидации загрязнения атмосферы следующие: разработка и внедрение очистных фильтров, применение экологически безопасных источников энергии, безотходной технологии производства, борьба с выхлопными газами автомобилей, озеленение.

Очистные фильтры являются основным средством борьбы с промышленным загрязнением атмосферы. Очистка выбросов в атмосферу осуществляется путем пропускания их через различные фильтры (механические, электрические, магнитные, звуковые и др.), воду и химически активные жидкости. Все они предназначены для улавливания пыли, паров и газов.

Эффективность работы очистных сооружений различна и зависит как от физико-химических свойств загрязнителей, так и от совершенства применяемых методов и аппаратов. При грубой очистке выбросов устраняется от 70 до 84% загрязнителей, средней очистке - до 95 - 98% и тонкой - 99% и выше.

Очистка промышленных отходов не только предохраняет атмосферу от загрязнений, но и дает дополнительное сырье и прибыли предприятиям. Улавливание серы из газовых отходов Магнитогорского комбината обеспечивает санитарную очистку и получение дополнительно многих тысяч тонн дешевой серной кислоты. На Ангарском цементном заводе очистными сооружениями улавливается до 98% выбросов цементной пыли, а фильтрами одного алюминиевого завода -- 98% ранее терявшегося фтора, что дает 300 тыс. долларов прибыли в год.

Решить проблему охраны атмосферы только при помощи очистных сооружений невозможно. Необходимо применение комплекса мероприятий, и прежде всего внедрение безотходных технологий.

Безотходная технология эффективна в том случае, если она строится по аналогии с процессами, происходящими в биосфере: отходы одного звена в экосистеме используются другими звеньями. Цикличное безотходное производство, сопоставимое с циклическими процессами в биосфере, - это будущее промышленности, идеальный путь сохранения чистоты окружающей среды.

Один из способов предохранения атмосферы от загрязнения - переход на использование новых экологически безопасных источников энергии. Например, строительство станций, использующих энергию приливов и отливов, использование гелиоустановок и ветряных двигателей. В 1980-е гг. перспективным источником энергии считались атомные электростанции (АЭС). После Чернобыльской катастрофы число сторонников более широкого использования атомной энергии уменьшилось. Эта авария показала, что атомные источники энергии требуют повышенного внимания к системам их безопасности. Альтернативным источником энергии академик А.Л. Яншин, например, считает газ, которого в России в перспективе можно добывать около 300 трлн мз/год.

В качестве частных решений защиты воздуха от выхлопных газов автомобилей можно указать на установку фильтров и дожигающих устройств, замену добавок, содержащих свинец, организацию движения транспорта, которая уменьшит и исключит частую смену режимов работы двигателей (дорожные развязки, расширение дорожного полотна, строительство переходов и т.д.). Кардинально проблема может быть решена при замене двигателей внутреннего сгорания на электрические. Для уменьшения токсических веществ в выхлопных газах автомобилей предлагается замена бензина другими видами горючего, например смесью различных спиртов. Перспективны газобаллонные автомобили. Озеленение городов и промышленных центров: зеленые насаждения за счет фотосинтеза освобождают воздух от диоксида углерода и обогащают его кислородом. На листьях деревьев и кустарников оседает до 72% взвешенных частиц пыли и до 60% диоксида серы. Поэтому в парках, скверах и садах в воздухе содержится пыли в десятки раз меньше, чем на открытых улицах и площадях. Многие виды деревьев и кустарников выделяют фитонциды, убивающие бактерии. Зеленые насаждения в значительной мере регулируют микроклимат города, «гасят» городской шум, приносящий огромный вред здоровью людей. Для поддержания чистоты воздуха большое значение имеет панировка города. Фабрики и заводы, транспортные магистрали должны отделяться от жилых кварталов буферной зоной, состоящей из зеленых насаждений. Необходимо учитывать направление основных ветров (розу ветров), рельеф местности и наличие водоемов, располагать жилые кварталы с подветренной стороны и на возвышенных участках. Промышленные зоны лучше размещать вдали от жилых кварталов или за пределами города.

Правовая охрана атмосферы - реализация конституционных прав населения и норм в экологической сфере привела к существенному расширению базы законодательного регулирования в области охраны атмосферного воздуха. Основными законодательными и иными нормативными правовыми актами, регламентирующими вопросы природоохранной деятельности, служат следующие.

Воздушный кодекс Российской Федерации (19 марта 1997 г.). 3 нем особые требования предъявляются к состоянию полетной техники, регулированию работы двигателей для снижения загрязнения атмосферы.

Федеральный закон «Об уничтожении химического оружия»» (2 мая 1997 г.) устанавливает правовые основы проведения комплекса работ по обеспечению защиты окружающей среды.

Уголовный кодекс (январь 1997 г.) имеет ряд статей, касающихся атомной промышленности, содержит определение «экологические преступления».

Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» (9 января 1996г.). В целях его реализации Правительством РФ был принят ряд постановлений, которые касаются права размещения радиоактивных веществ и радиоактивных отходов, их хранения и перевозки.

Федеральный закон «Об использовании атомной энергии» (21 ноября 1995 г.; в феврале 1997 г. были внесены изменения и дополнения).

В Госкомэкологии России рассмотрено и утверждено несколько нормативно-правовых документов, касающихся охраны атмосферы, в частности по методике расчета выбросов в атмосфера загрязняющих веществ.

ГОСТ (1986) «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин».

Очистка газов пыли в фильтрах

В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтрации газа и пыли через пористую перегородку, в ходе которого твердые частицы задерживаются, а газ и пыль полностью проходит сквозь нее.

Фильтрующие перегородки весьма разнообразны по своей структуре, но в основном они состоят из волокнистых или зернистых элементов и условно подразделяются на следующие типы:

§ гибкие пористые перегородки - тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон: нетканыеволокнистые материалы (войлоки, клены и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты); ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры);

§ полужесткие пористые перегородки -- слои волокон, стружка, вязаные сетки, положенные на опорных устройствах или зажатые между ними;

§ жесткие пористые перегородки -- зернистые материалы ( пористая керамика или пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов, пористые стекла, углеграфитовые материалы и др.); волокнистые материалы (сформированные слои из стеклянных и металлических волокон); металлические сетки и перфорированные листы.

В процессе очистки запыленного газа и пыли частицы приближаются к волокнам или к поверхности зерен материала, сталкиваются с ними и осаждаются главным образом в результате действия сил диффузии, инерции и электростатического притяжения.

Проходя через фильтрующую перегородку, поток разделяется на тонкие непрерывно разъединяющиеся и смыкающиеся струйки. Частицы, обладая инерцией, стремятся перемещаться прямолинейно, сталкиваются с волокнами, зернами и удерживаются ими. Такой механизм характерен для захвата крупных частиц и проявляется сильнее при увеличении скорости фильтрования. Электростатический механизм захвата пылинок проявляется в том случае, когда волокна несут заряды или поляризованы внешним электрическим полем.

В фильтрах уловленные частицы накапливаются в порах или образуют пылевой слой на поверхности перегородки, и таким образом сами становятся для вновь поступающих частиц частью фильтрующей среды. По мере накопления пыли пористость перегородки уменьшается, а сопротивление возрастает. Поэтому возникает необходимость удаления пыли и регенерации фильтра.

В зависимости от назначения и величины входной и выходной концентрации фильтры условно разделяют на три класса:

§ фильтры тонкой очистки (высокоэффективные или абсолютные фильтры) предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (>99%) в основном субмикронных частиц из промышленных газов с низкой входной концентрацией (<1 мг/м3) и скоростью фильтрования <10 см/с. Фильтры применяют для улавливания особо токсичных частиц, а также для ультратонкой очистки воздуха при проведении некоторых технологических процессов. Они не подвергаются регенерации;

§ воздушные фильтры - используют в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Работают при концентрации пыли менее 50 мг/м3, при высокой скорости фильтрации - до 2,5-3 м/с. Фильтры могут быть нерегенерируемые и регенерируемые;

§ промышленные фильтры (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) применяются для очистки промышленных газов концентрацией до 60 г/м3 и пыли. Фильтры регенерируются.

Литература

1. Очистка воздуха. Учебное пособие / Е.А. Штокман - Изд.60 АСВ,1998.- 320 с.

2. Техника защиты окружающей среды / Родионов А.И., Клушин В.П., Торочешников И.С.Учебник для вузов. - М.Химия,1989 - 512 с.

3. Экология и промышленность России. Журнал №11,2002 - 48 с.

4. Экология. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2004. - 624 с.