Охрана природы и окружающей среды

Содержание

1. Продуктивность экосистем

2. Абиотические факторы почвенного покрова

3. Способы увеличения производства продуктов

4. Последствия загрязнения атмосферы

5. Физико-химические методы очистки сточных вод

Список использованной литературы

1. Продуктивность экосистем

Важнейшим свойством организмов и экосистем в целом является их способность создавать и наращивать органическое вещество, которое называют продукцией.

Скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза, хемосинтеза, образуя вещество, которое дальше может быть использовано как пища, называется продуктивность экосистем.

Продуктивность бывает первичной и вторичной.

1) первичная продуктивность экосистемы - скорость, с которой солнечная энергия усваивается продуцентами, в основном зелеными растениями, накапливаясь в форме органических веществ. То есть, с химической точки зрения, процесс фотосинтеза состоит именно в связывании энергии солнечного света в биоорганике. В качестве исходного строительного материала используется обычно углекислый газ и вода. Первичная продукция может создаваться также хемосинтезирующими бактериями. Эти реакции могут идти в полной темноте, так как в качестве источника энергии выступает не солнечный свет, а реакции окисления простых неорганических соединений, например сульфида или аммиака. Но доля такой продукции в биосфере Земли очень мала.

Следует различать валовую первичную продуктивность, под которой понимают общую скорость фотосинтеза (вся энергия, которую растения уловили и перевели в органическое вещество) и чистую первичную продуктивность (все вещество за вычетом расходов на дыхание и отмирание. Закон пирамиды энергий, правило 10%: каждый последующий трофический уровень ассимилирует не более 10% энергии предыдущего), которая отличается от валовой на величину энергии, затрачиваемой растениями в единицу времени на поддержание собственных процессов жизнедеятельности, то есть на дыхание (к дыханию в данном случае кроме собственно дыхания относят опад листьев, сучьев, коры и т.п.). Именно чистая первичная продукция доступна для питания консументам (животным). Однако они потребляют не всю эту продукцию, а только ее часть. Оставшуюся же часть накопленного в единицу времени органического вещества, не потребленную консументами, называют чистой продукцией сообщества.

2) вторичная продуктивность экосистемы (консументы и редуценты - скорость усваивания энергии солнца через продуцентов) - скорость накопления энергии консументами. Поскольку консументы лишь используют ранее созданные автотрофами питательные вещества, вторичная продукция по смыслу является не столько продукцией, сколько ассимиляцией.

Консументы (от лат. consumo - потребляю) - организмы, являющиеся в пищевой цепи потребителями органического вещества, все гетеротрофные организмы. Консументы первого порядка - растительноядные животные, Консументы второго, третьего и т. д. порядков - хищники.

Продуценты (от лат. producens - род. п. producentis - производящий, создающий), в биологии - организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся в пищевой цепи первым звеном, созидателем органических веществ из неорганических, т. е. все автотрофные организмы. Ср. Консументы.

Редуценты (от лат. reducens - род. п. reducentis - возвращающий, восстанавливающий), организмы (сапротрофы), разлагающие мертвое органическое вещество (трупы, отбросы) и превращающие его в неорганические вещества, которые в состоянии усваивать другие организмы - продуценты.

2. Абиотические факторы почвенного покрова

Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор приспособительными реакциями.

Экологические факторы среды, с которыми связан любой организм, делятся на 2 категории:

1) Факторы неживой природы (абиотические)

2) Факторы живой природы (биотические)

Абиотические:

- климатические (свет, влага, давление, температура, движение воздуха)

- почвенные (состав, влагоемкость, плотность, воздухо-проницаемость)

- орографические (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона)

- химические (составы газового воздуха, солевой состав воды, кислотность)

Почва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой.

Важнейшим свойством почвы является плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва является составной частью биосферы и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы.

Состав почвы: твердые частицы, жидкость (вода), газы (воздух- О, СО), растения, животные, микроорганизмы, гумус.

Толщина почвы: 0,5м - тундра, горы; 1,5м - на равнинах.

1 см почвы образуется примерно за 100 лет.

Типы почв:

1. Арктические и тундровые (гумус до 1 -3 %)

2. Подзолистые (хвойные леса, гумус до 4-5 %).

3. Черноземы (степь, гумус до 10 %).

4. Каштановые (в сухих степях, гумус до 4%).

5. Серо-бурые (пустыни субтропические пояса, гумус 1-1,5%).

Красноземы (влажный субтропический лес, гумус до 6 %).

Гумус - органическое вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков, которое накапливается в верхнем слое почвы. Главный источник питания растений. В гумусе также накапливаются микроэлементы. В процессе эксплуатации почв количество гумуса уменьшается, поэтому необходимо вносить различные удобрения.

Физические свойства:

1. Механический состав - содержание частиц различного диаметра.

2. Плотность.

3. Теплоемкость, теплопроводность.

4. Влагоемкость, влагопроницаемость (у песка выше влагопроницаемость, у глины - влагопроницаемость).

5. Аэрация - способность насыщения почвы воздухом (рыхление почвы).

Химические свойства:

1. Химический состав: до 50 % SiO- кремнезем; до 25 % AlO - глинозем; до 10 %- оксиды Fe; остальное - оксиды Са, К, Mg, Р и т.д.

2. Кислотность

3. Содержание вредных веществ (пестициды, тяжелые металлы и т.д.) Влияние кислотности на растения:

- Обитают на кислых почвах (рН < 6,7) карликовая береза, хвощ, некоторые мхи

- Нейтральные (рН 6,7 - 7,0) большинство культурных растений

- На щелочных почвах (рН > 7,0) степные и пустынные растения (лебеда, полынь...)

- Могут расти на любой почве (ландыш, вьюн, земляника лесная)

3. Способы увеличения производства продуктов

Суть продовольственной проблемы связано с опережающим ростом населения по сравнению с увеличением производства продуктов питания.

Еще совсем недавно надежды человечества в плане решения продовольственной проблемы в связи с ростом народонаселения связывались с океаном, занимающим около 70 % поверхности Земли. Море где-то раза в два плодороднее, чем суша. Там больше питательных веществ, растениям не нужны твердые ткани, чтобы тянуться к солнцу, и разветвленные корни, чтобы тянуться к влаге, более стабилен температурный режим и т.д. В океане очень велика скорость обновления живого вещества, так что растительность может давать до пятидесяти поколений в течение года. Поэтому, например, киты вырастают и становятся зрелыми не за 30-40 лет, как слоны, а всего за два года.

Для стран Севера явление голода и недостатка в целом уже не характерно. Эти страны ныне производят и потребляют 3/4 мирового продовольствия, хотя в них проживает менее 15% населения Земли. В большинстве развитых стран средняя калорийность питания превышает 3000 ккал/сутки. Напротив, в этих странах становится все больше переедающих, имеющих излишнюю массу тела. В странах же Юга, несмотря на заметный рост средней калорийности питания в последние десятилетия, этот показатель едва дотягивает до медицинской нормы, а в Африке к югу от Сахары составляет всего 2200 ккал/сутки. Вот почему для решения продовольственной проблемы человечество должно полнее использовать ресурсы растениеводства, животноводства и рыболовства. При этом оно может идти двумя путями.

Экстенсивный путь заключается в дальнейшем расширении пахотных, пастбищных и рыбопромысловых угодий. Пример. Площадь пригодных для сельскохозяйственной обработки земель на нашей планете составляет 3,2 - 3,4 млрд га, из которых пока используется менее половины. Основные резервы таких земель находятся в Африке южнее Сахары и в Латинской Америке. Однако, поскольку все самые плодородные и удобно расположенные земли практически уже освоены, этот путь требует очень больших затрат.

Интенсивный путь заключается прежде всего в повышении биологической продуктивности существующих угодий. Решающее значение для него будут иметь биотехнология, использование новых, высокоурожайных сортов и новых методов обработки почвы, дальнейшее развитие механизации, химизации, а также мелиорации, история которой насчитывает уже несколько тысячелетий, начиная с Месопотамии, Древнего Египта и Индии. Пример. Только в течение ХХ в. Площадь орошаемых земель увеличилась с 40 до 270 млн га. Ныне эти земли занимают примерно 20% обрабатываемых земель, но дают до 40% сельскохозяйственной продукции. Орошаемое земледелие применяется в 135 странах, причем 3/5 орошаемых земель находится в Азии.

Разрабатывается и новый нетрадиционный способ производства продовольствия, который заключается в "конструировании" искусственных пищевых продуктов на основе белка из натурального природного сырья.

Современная наука также имеет возможность увеличения продовольственных запасов. Это разработка технологий на:

- повышение плодородия земель;

- повышение биологической продуктивности морских и океанических вод;

- более эффективное использование солнечной энергии;

- широкое применение достижений селекции и генетики.

Более того, в мировом сельском хозяйстве и агропромышленной сфере все еще имеются большие резервы увеличения продовольственной обеспеченности без усиления давления на природную среду. К их числу относятся возможность сокращения все еще высоких потерь во всех звеньях агропромышленной цепи, дальнейшего совершенствования производительных сил земледелия на основе создания и использования природосберегающих технологий, включая достижения биотехнологии и органического земледелия, мер социально-экономического обновления, в том числе повышения регулирующей роли государства и международных межправительственных, общественных и религиозных организаций.

4. Последствия загрязнения атмосферы

Атмосфера - газовая (воздушная) оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Жизнь на Земле возможна, пока существует атмосфера. Атмосфера выполняет жизнеобеспечивающие, защитные, терморегулирующие, геологические и другие функции. Все живые организмы используют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает от вредного воздействия космических лучей и губительной для живых организмов температуры, холодного "дыхания" космоса. Она оказывает решающее влияние на здоровье и производственно-хозяйственную деятельность человека, состояние растительного и животного мира. К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

1) возможное потепление климата ("парниковый эффект");

2) нарушение озонового слоя;

3) выпадение кислотных дождей;

4) Запыление атмосферы.

Возможное потепление климата (парниковый эффект). В настоящее время, наблюдаемое изменение климата, которое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры, начиная со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с накоплениями в атмосфере так называемых "парниковых газов", которые препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. Атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой -- почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.

В связи со сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более 9 млрд. т. условного топлива) -- концентрация СО₂ в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фреонов (хлорфторуглеродов). Следствием увеличения концентраций этих газов, создающих "парниковый эффект" является рост средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности.

Масштабы потепления будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с предполагаемым повышением уровня Мирового океана, вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т. д. Моделируя экологические последствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5--2,0 м к концу XXI в., ученые установили, что это неизбежно приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к другим неблагоприятным последствиям.

Нарушение озонового слоя. Озоновый слой охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20--25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области.

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, получившее название "озоновой дыры". С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др. Так, по мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн. человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т. д.

Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем, и т. д. Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение "озоновых дыр". Последнее, по мнению большинства ученых, более вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона.

Кислотные дожди. Одна из важнейших экологических проблем, с которой связывают окисление природной среды. Образуются они при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты, которые переносятся ветрами в виде кислотного тумана и выпадают на землю кислотными дождями.

В результате дождь и снег оказываются подкисленными. На огромной территории природная среда закисляется, что весьма негативно отражается на состоянии всех экосистем. Выяснилось, что природные экосистемы подвергаются разрушению даже при меньшем уровне загрязнения воздуха, чем тот, который опасен для человека.

Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и токсичные тяжелые и легкие металлы -- свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или образующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, что ведет к весьма негативным последствиям.

Эти дожди крайне вредно действуют на окружающую среду:

- снижается урожайность большинства с/х культур вследствие повреждения листвы кислотами;

- вымывается из грунта кальций, калий, магний, который вызывает деградацию фауны и флоры;

- гибнут леса

- отравляется вода озер и прудов, где гибнет рыба, исчезают насекомые;

- исчезают водоплавающие птицы и животные, которые питаются насекомыми;

- гибнут леса в горных районах, что вызывает селевые потоки;

- ускоряется разрушение памятников архитектуры и жилищных зданий;

- увеличивается количество заболеваний людей.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной их деградации как природных экосистем.

Закисление озер опасно не только для популяций различных видов рыб (в том числе лососевых, сиговых и др.), но часто влечет за собой постепенную гибель планктона, многочисленных видов водорослей и других его обитателей. Озера становятся практически безжизненными.

Смог. Фотохимический туман (смог) представляет собой много-компонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

5. Физико-химические методы очистки сточных вод

Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения- сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода)

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Методы физико-химической очистки сточных вод основаны на изменении физического состояния загрязнителей и в большинстве случаев требуют применения реагентов.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д.

Вступая в химическую реакцию с находящимися в воде примесями, это вещество способствует более полному выделению нерастворимых примесей, коллоидов и части растворимых соединений. При этом уменьшается концентрация вредных веществ в сточных водах, растворимые соединения переходят в нерастворимые или растворимые, но безвредные, изменяется реакция сточных вод (происходит их нейтрализация), обеспечивается окрашенная вода. Физико-химическая очистка дает возможность резко интенсифицировать механическую очистку сточных вод. В зависимости от необходимой степени очистки сточных вод физико-химическая очистка может быть окончательной или второй ступенью очистки перед биологической.

Коагуляция и флокуляция - явления, приводящие к нарушению агрегативной устойчивости дисперсных систем под влиянием, соответственно, неорганических электролитов и органических веществ (укрупнение частиц за счет связывания вредных примесей в воде с добавляемыми реагентами).

Флотация - метод удаления из сточных вод нерастворимых примесей, основанный на способности этих примесей при определенных условиях закрепляться на границе раздела фаз жидкость-газ (на поверхности пузырьков воздуха).

Сорбция - процесс поглощения загрязнений твердыми и жидкими сорбентами (активированным углем, золой, торфом, селикагелем, активной глиной и др.). Адсорбционные свойства сорбентов зависят от структуры пор, их величины, распределения по размерам, природы образования.

Экстракция - извлечение из сточных вод ценных веществ с помощью экстрагентов, которые должны обладать такими свойствами: высокой экстрагирующей способностью; селективностью; малой растворимостью в воде; иметь отличную от воды плотность, небольшую удельную теплоту испарения, малую теплоемкость; иметь низкую стоимость.

Ионный обмен основан на извлечении из сточных вод ценных примесей хрома, цинка, меди, ПАВ за счет обмена ионами между примесями и ионитами (ионообменными смолами) на поверхности раздела фаз "раствор-смола". По знаку заряда иониты делятся на катиониты и аниониты, проявляющие соответственно кислые и щелочные свойства. Иониты могут быть природными и синтетическими.

Практическое применение находят природные иониты типа алюмосиликатов, гидроокисей и солей многовалентных металлов, иониты из угля и целлюлозы и различные синтетические ионообменные смолы.

Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах.

Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

Список использованной литературы

1. Беляев Д.К. Общая биология: Учеб. для 10-11 кл. / Д.К.Беляев, Г.М.Дымшиц, А.О.Рувинский. - М.: Просвещение, 2007. - 288 с.

2. Биктимирова. З. Качество жизни: продовольственная безопасность // Экономист. - 2004. - №2. - С.78-84.

3. Валова В.Д. Экология: Учебник / В.Д.Валова. - М.: Издательский дом "Дашков и К", 2007. - 352 с.

4. Иванова Т.В. Общая биология / Т.В.Иванова, Г.С.Калинова, А.Н.Мягкова. - М.: Просвещение, 2000. - 152 с.

5. Ковалев Е. Глобальная продовольственная проблема. // Мировая экономика и международные отношения. - 2004. - №10. - С.26-34.

6. Ковалёв Е. Мировая продовольственная проблема: новые аспекты. // Мировая экономика и международные отношения. - 2003. -№9. - С.53-59.

7. Коробкин В.И. Экология: учебник для вузов / В.И.Коробкин, Л.В.Передельский. - М.: Академия, 2005. - 576 c.

8. Реймерс Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека Среды: Словарь-справочник / Н.Ф.Реймерс. - М.: Просвещение, 1992. - 320 с.

9. Тупикин Е.И. Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности. Учебное пособие / Е.И.Тупикин. - М.: Издательский центр "Академия", 2008. - 380 с.