Химические компоненты биосферы. Экологическое нормирование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский томский политехнический университет»

Институт природных ресурсов

Кафедра геоэкологии и геохимии

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Химические компоненты биосферы. Экологическое нормирование»

Выполнил: студент гр.З-2Г10

Копытин М.О.

Проверил: Монголина Т.

Томск 2012

Содержание

Введение

1. Понятие биосфера

2. Границы биосферы

3.Химический состав компонентов биосферы: земной коры, гидросферы, атмосферы и органического вещества

3.1 Земная кора

3.2 Гидросфера

3.2.1 Щелочно-кислотные условия вод

3.2.2Окислительно-восстановительные условия вод

3.3 Атмосфера

3.4 Органическое вещество

4. Экологическое нормирование

4.1 Общая характеристика нормирования в области охраны окружающей среды

4.2 Классификация экологических нормативов в сфере охраны окружающей среды

Заключение

Список литературы



Введение

Данная работа посвящается описанию химического состава биосферы и экологического нормирования. Это очень важная и целесообразная тема так как биосфера это неотъемлемая часть нашей планеты. Биосфера на прямую связана с другими оболочками Земли. Под понятием биосферы понимается все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Границы биосферы очень велики, в атмосфере находится самая высокая граница распространения это озоновый слой. Гидросфера практически вся, в том числе и самая глубокая впадина (Марианская) Мирового океана (11022 м) занята жизнью. К биосфере следует относить также и донные отложения, где возможно существование живых организмов. В литосферу жизнь проникает на несколько километров, но в основном ограничивается почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров. Так как биосфера это часть гидросферы, атмосферы и литосферы, то химический состав биосферы будет связан с составом сфер частью которой она является.

Проблемы биосферы связаны с нынешним состоянием окружающей среды. Впрочем, как и все остальные экологические проблемы. И состояние окружающей среды все больше изменяется в худшую сторону, что влечет за собой увеличение в объеме уже существующих проблем и возникновение новых, к решению которых человечество еще не готово, так как еще не разработаны пути решения старых проблем, а появляются все новые (в геометрической прогрессии, как и все остальное в последнее время). Эти проблемы решает следующий раздел курсовой работы экологическое нормирование.



1. Понятие биосфера

биосфера экологическое нормирование

Это дом, созданный на Земле жизнью и для жизни. Б. Колилонера

Впервые понятие биосфера, как «область жизни», было введено в науку Ж.Б. Ламарном в начале 19 века, а в геологию Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под этим термином совокупность всех организмов. Это определение близко к современному понятию биота.

Вернадский пошел значительно дальше. Его «биосфера не есть только так называемая область жизни». Это единство живого и косного вещества планеты. Но не только. Это еще и связь с космосом, с космическими излучениями, принимаемыми нашей планетой, строящими ее биосферу.

Биосфера составляет верхнюю оболочку или геосферу, одной из больших концентрических областей нашей планеты Земли.

Если с понятием «биосферы» по Зюссу связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой, газообразной) живых организмов, то по В.И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы.

В таком случае под понятием биосферы понимается все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Биосфера охватывает часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу. Верхняя граница биосферы проходит на высоте примерно 20 км над поверхностью Земли, а нижняя на 6-7-километровой глубине. Биосфера принципиально отличается от прочих земных оболочек поскольку является «комплексной». Она не только «покров» из живого вещества, но и среда обитания миллионов видов живых существ, в том числе и человека.

Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время обычно называют современной биосферой, или необиосферой, а древние биосферы относят к палеобиосферам, или к белым биосферам.[3]



2. Границы биосферы

Биосфера в атмосфере простирается примерно до озонового экрана (у полюсов - 8-10 км, у экватора - 17-18 км, над остальными территориями - 20-25 км).

Гидросфера практически вся, в том числе и самая глубокая впадина (Марианская) Мирового океана (11022 м) занята жизнью. К необиосфере следует относить также и донные отложения, где возможно существование живых организмов.

В литосферу жизнь проникает на несколько километров, но в основном ограничивается почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров.

Границы палеобиосферы в атмосфере примерно совпадают с необиосферой, под водами к палеобиосфере следует относить и осадочные породы, которые практически полностью претерпели переработку живыми организмами. Это толща от сотен метров до десятков километров. Это применимо и к литосфере, пережившей водную стадию функционирования.

Таким образом, границы биосферы определяются наличием живых организмов или «следами» их жизнедеятельности.

Живое вещество образовало ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли. Его масса составляет 2420 млрд. тонн, что более чем в 2 тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли - атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду - в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в областях обширного оледенения и в кратерах действующих вулканов.

«Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальным возможностям и масштабу приспособляемости организмов, которые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В.И. Вернадский считал, что этот захват продолжается.

Пределы толерантности температур у различных организмов - от абсолютного 0 до +180°С, а некоторые бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон химических условий среды для ряда организмов - от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации (бактерии в котлах ядерных реакторов). Более того, выносливость некоторых живых существ по отношению к отдельным факторам выходит даже за пределы биосферы, то есть у них есть еще определенный «запас прочности» и потенциальные возможности к распространению. Однако все организмы выживают еще и потому, что везде, где бы ни было их место обитания, существует биогенный ток атомов. Этот ток не смог бы иметь места, во всяком случае, в наземных условиях, если бы не было почвы.

В целом экологический диапазон распространения живого вещества очень велик.

В 1977 г. в океане на глубине нескольких километров были обнаружены горячие вулканические зоны, в которых при температуре 350°С существуют многочисленные термофильные бактерии.

В экспериментах американского исследователя Камерона сине-зеленые водоросли на протяжении нескольких месяцев не теряли жизнеспособности в условиях, которые соответствовали марианским.

Живое вещество не гибнет в жидком азоте.

Некоторые виды, например, те же сине-зеленые водоросли, не гибнут под действием мощного ионищирующего излучения и поселяются в эпицентре ядерного взрыва уже после нескольких дней его действия.

Живое вещество может сохраняться даже в условиях открытого космоса. Так, третья экспедиция американских астронавтов забыла на Луне телекамеру. Когда через полгода ее возвратили на Землю, на внутренней стороне крышки были обнаружены земные бактерии, которые без каких-либо вредных последствий пережили длительное нахождение за пределами родной планеты.[3,2]



3. Химический состав компонентов биосферы: земной коры, гидросферы, атмосферы и органического вещества

Наиболее объективными являются данные по распространенности химических элементов в отдельных средах. Данные для Земли в целом в значительной степени гипотетичны из-за отсутствия точных сведений о химическом составе глубинных геосфер, и приводимые различными авторами значения существенно разнятся в зависимости от теоретических воззрений автора. К тому же, состав глубинных геосфер на процессы в географической оболочке и, соответственно, биосфере существенного влияния не оказывает. Мы уже знаем, что живое вещество распространено в пределах трёх геосфер: земной коры, атмосферы, гидросферы, а потому именно их химизм для нас и будет особенно важен.эволюции наружной части Земли.

Вы уже знаете, что в современном понимании биосфера - не среда жизни, а сверхсложная глобальная система, где в неразрывной связи существуют, с одной стороны, инертное вещество в твердой, жидкой и газовой фазах, а с другой - разнообразные формы живых организмов и их метаболиты. По определению В.В. Добровольского биосфера представляет собой единство живого вещества и пронизанной им наружной части земного шара. Живое вещество так же немыслимо без биосферы, как последняя без живого вещества.

Давайте немного подробнее познакомимся с особенностями химического состава основных компонентов биосферы: земной коры, гидросферы, атмосферы и собственно органического, в том числе, живого вещества.



3.1 Земная кора

Из первых трех геосфер ведущая роль, несомненно, принадлежит земной коре, так как её общая масса многократно превосходит суммарную массу двух других оболочек. Поэтому данные об относительном содержании того или иного химического элемента в земной коре можно в значительной мере считать и отражающими его содержание в биосфере в целом.

Наружная твердая оболочка Земли - земная кора более чем на 99% сложена всего 9 основными элементами:

O (47%), Si (29,5%), Al (8,05%), Fe (4,65%), Ca (2,96%), Na (2,50%), K (2,50%), Mg (1.87%), Ti (0,45%). В сумме - 99, 48%. Из них кислород является абсолютно преобладающим. Наглядно видно, сколько остаётся на все остальные элементы.

Наиболее распространенные элементы принято называть макроэлементами. Элементы же, содержание которых составляет сотые доли процента и менее называются микроэлементами. Понятие это относительное, так как конкретный элемент может быть микроэлементом в одной среде, а в другой относиться к основным, т.е. макроэлементам (Например, Al в организмах -микроэлемент, а в литосфере - макроэлемент, железо в почвах - макроэлемент, а в живых организмах - микроэлемент).

Основной объём литосферы сложен силикатными и алюмосиликатными горными породами. Подчинённое значение имеют породы карбонатные, фосфатные, сульфатные, галогенные, сульфидные, алюмооксидные, железооксидные и другие ещё более редкие химические типы.

Существенные различия в геохимической специализации имеются и внутри этих типов горных пород (деление силикатов на кислые и основные).

В кислых относительно повышены концентрации Li, Be, Rb, TR, Ba, Tl, Th, U, Ta.

В основных - Cr, Sc, Ni, V, Co, Pt.

Часть элементов ведёт себя безразлично по отношению к изменению кремнекислотности горных пород.

Необходимо проводить четкое различие между распространенностью элемента и его «доступностью». Это связано с тем, что некоторые элементы, хотя и находятся в земной коре в заметных количествах, оказываются рассеянными в различных минералах, образованных другими элементами и никогда не встречаются в высоких концентрациях. В.И. Вернадский назвал их рассеянными элементами. Примерами могут быть рубидий, рассеянный в калиевых минералах и галлий в минералах алюминия. Другие элементы, например, титан и цирконий, хотя и образуют собственные минералы, воспринимаются нами как достаточно редкие. Дело в том, что минералы этих элементов обычно являются акцессорными, т.е. рассеяны в горных породах в незначительных количествах. Многие же сравнительно редкие элементы, такие как золото, медь, серебро, платина, свинец, цинк и др., известные с глубокой древности, не только образуют самостоятельные минералы, но и способны образовывать значительные скопления, т.е. концентрироваться в ходе природных процессов, что делает их сравнительно легко доступными для добычи и последующего использования человеком.

Большую роль в процессах концентрации и рассеяния элементов в земной коре играет изоморфизм - это способность близких по свойствам химических элементов замещать друг друга в переменных количествах в кристаллических решётках. Конечно, она свойственна не только микроэлементам. Но именно для них, в особенности для элементов рассеянных, она приобретает ведущее значение как основной фактор закономерности их распределения. Различают изоморфизм совершенный - когда взаимозаменяемые элементы могут замещать друг друга в любых соотношениях (ограничиваясь только соотношениями содержаний этих элементов в системе), и несовершенный - когда замещение возможно только до определённых пределов. Естественно, что чем ближе химические свойства, тем совершеннее изоморфизм.

3.2 Гидросфера

Водная оболочка - гидросфера (от греческого "гидрос" - вода) объединяет в себе моря и океаны, а также все водоемы в пределах суши: реки, ручьи, озера, болота и т.д., вплоть до мелких лужБольшая часть поверхности нашей планеты представляет собой водную оболочку (71% площади поверхности Земли приходится на Мировой океан). Можно сказать, что континенты как бы плавают в Мировом океане. Основные компоненты воды - водород и кислород. Гидросфера представляет собой прерывистую оболочку, образованную пресной, соленой и твердой водой.

Наиболее обводнена именно географическая оболочка (а, соответственно, и биосфера), в которой вода является самым распространённым веществом. 97% (1 370 000 км3) общей массы воды в биосфере Земли сосредоточено в Мировом океане, средняя глубина которого около 3 800 м.. На долю пресной воды приходится всего 2%, причем лишь 0,025% (360 000 км³) пресной воды находится в жидком состоянии (в реках озерах и других водоемах, почве), 1,6% - это лед, а 4% - подземные воды, большая часть которых представляет собой глубинные рассолы.

Все природные воды тесно связаны между собой и находятся в постоянном движении. Даже самые глубокие подземные воды участвуют в общем круговороте. Вода - самая универсальная и самая важная среда миграции. Все природные воды содержат растворенные газы, ионы недиссоциированные молекулы и коллоидные частицы. Вода - «это кровь земной коры».

Так как морская (точнее, океаническая) вода составляет основную массу гидросферы, именно ее состав без особой ошибки может быть принят за средний состав этой оболочки.

Приведем для примера общее количество некоторых растворимых форм химических элементов, содержащихся в морской воде (в млн. т):

Cl - 26 513 610 000, Na - 14 746 680 000, SO₄^2- - 3 70 370 000, S - 1 216 300 000, HCO₃- - Mg - 1 776 890 000, Ca - 558 960 000, K - 530 190 000, 195 910 000, Br - 92 201 000, Sr -11 097 000, B - 6 096 000, Si - 4 110 000,….Mo - 13 700, Zn - 6 850, Fe -4658, Al - 1370,…Au - 15,1.

Морская вода также содержит в растворенном состоянии и газы. Поскольку атмосфера и гидросфера находятся в контакте, должно существовать определенное соотношение между количеством газов в растворе и их парциальным давлением в атмосфере.

Б. Мейсон приводит данные по концентрациям некоторых газов, растворенных в морской воде:

Кислород - 0 -9 мг/л, азот - 8,4-14,5 мг/л, углекислый газ - 34 - 56 мг/л, агон - 0,2-0,4 мг/л, гелий и неон - 1,7х10^-4 мг/л, сероводород - 0 -22 мг/л.

Несмотря на то, что общее количество наземных вод незначительно по сравнению с общей массой гидросферы, геохимически они очень важны, поскольку принимают активное участие в большинстве процессов, протекающих в биосфере. Для понимания этих и других процессов, происходящих в зоне гипергенеза, необходимо знать состав этих вод, т.е их основные химические параметры. В первую очередь, это минерализация, ионный состав и окислительно-восстановительные условия вод.

Минерализация отражает общее количество растворённых минеральных веществ.

Ионный состав вод. Ведущее значение для классификации имеют только ионы элементов с высокимикларками (O, Ca, Mg, Na, K, S, Cl и др.). Наиболее распространены в ландшафтах три катиона (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺) и три аниона (HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-). Иногда ведущее значение приобретают CO₃^2-, HS^-, S^2-. Также велико значение содержаний ионов Н⁺ и ОН^-, но это уже касается выделения классов вод по кислотности - щёлочности.

Ионный состав вод определяет их многие геохимические свойства, а также возможности использования в хозяйственной деятельности.



3.2.1 Щелочно-кислотные условия вод

Характеризуются величиной pH - отрицательным логарифмом концентрации водородных ионов. От изменения этого параметра существенно зависит растворимость различных соединений. Так, осаждение из растворов гидроксидов металлов зависит, главным образом, от соотношения двух параметров: величины pH и концентрации ионов металлов в растворе.

Органические соединения обладают способностью усреднять сильнокислую и сильнощелочную среду. Слабые органические кислоты нейтрализуют щёлочи и делают щелочную реакцию более слабой, а слабые органические основания таким же образом нейтрализуют сильные кислоты.

3.2.2 Окислительно-восстановительные условия вод

Окисление - отдача электронов, восстановление - их присоединение.

Важнейший окислитель в ландшафтных средах - кислород, что обусловлено его высокимкларком и химической активностью. Важные окислители - SO₄^2-, CO₂, NO₃^-, Fe³⁺ и др. Важнейшие восстановители - H₂, H₂S, CH₄ и другие органические соединения, Fe²⁺ и др. Один и тот же элемент, в зависимости от ионной формы его нахождения, может быть либо окислителем, либо восстановителем (Fe, Mn…).

Мировой океан - ключевое звено в биосфере. Его значение определяется несколькими факторами:

· ролью в энергетическом балансе (воды Мирового океана - аккумулятор тепловой энергии; избыток солнечной радиации расходуется на испарение океанических вод);

· ролью в круговороте воды (океан как накопитель вод и начальное звено в экзогенном круговороте воды);

· ролью океана как двустороннего фильтра (с одной стороны - осаждающего основной объём загрязнителей, поступающих с суши; с другой - растворяющего и осаждающего излишки вулканических и атмосферных газов).

Кроме того, океан - колыбель жизни на нашей планете. Именно с океана началось формирование биосферы Земли, и сейчас здесь развиты многочисленные сообщества живых организмов с огромной биомассой и высоким видовым разнообразием.

Именно с Мирового океана началось формирование биосферы. Здесь зародилась жизнь в известных нам формах, здесь же она развивалась на протяжении более трёх миллиардов лет - и лишь потом живые организмы стали осваивать иные обстановки в пределах географической оболочки нашей планеты. Уже этого достаточно, чтобы считать, что океан сыграл исключительно важную роль в формировании на Земле биосферы.

Но основную роль в циркуляции воды на Земле играет атмосферная влага - водяной пар и взвешенные частицы. Если бы механизм испарения с поверхности океана и атмосферного переноса не действовал, поверхность суши оказалась бы безводной. Роль его в природных процессах очень велика. Поступление вод на сушу активизирует процессы выветривания (физическое дополняется химическим, которое в отсутствие воды проявлялось бы в весьма незначительных масштабах). Оно же обеспечивает водную транспортировку - главный механизм переноса вещества в экзогенном геологическом круговороте. В воде растворяются и газы, и минеральные вещества - и они же выделяются из растворов обратно, в другие оболочки. При этом те или иные вещества могут поглощаться водной средой из одной оболочки, а отдаваться в другую (осаждение первично атмосферного углерода в составе карбонатных отложений; выделение в атмосферу сероводорода, образованного за счёт растворённых сульфатных солей). Таким образом, с точки зрения обмена веществом именно круговорот воды связывает между собой все первичные компоненты биосферы.



3.3 Атмосфера

Воздушная оболочка, называемая атмосферой , (от греческого "атмос" - воздух и "сфера" - шар) окружает Землю со всех сторон, простираясь на высоту более 1000 км над поверхностью суши и океана. Резкой границы между атмосферой и космическим пространством нет: просто чем выше, тем воздух становится все разреженнее.

О том, что атмосферный воздух имеет сложный состав догадывались уже давно, но что представляют собой его основные компоненты, стало ясно только в конце восемнадцатого века. Основу атмосферы составляют азот, кислород, углекислый газ, водяной пар и др., а именно, - аэрозоли, пыль, солевые частицы. Газовый состав атмосферы формируется за счёт выделения газов из трёх основных источников:

· вулканической деятельности;

· биогенных процессов (жизнедеятельности организмов, разложения органического вещества);

· техногенной деятельности.

В настоящее время газовый состав тропосферы (а в ней заключено более 90% массы атмосферы) следующий: N₂ - 78,09%; O₂ - 20,96%; Ar - 0,93%, CO₂ - 0,03%, а также небольшие количества гелия, водорода, криптона, ксенона, озона.

3.4 Органическое вещество

Органическое вещество в составе биосферы включает в себя два основных компонента: живое вещество и биогенное вещество - органические и органо-минеральные продукты, созданные живым веществом. Органическое вещество является одним из наиболее важных составляющих почвы. Живые существа могут состоять только из органических веществ, но органические вещества - совершенно не обязательно - живые.

Что же понимать под живым веществом?

Постоянно существующая планетарная совокупность организмов с позиций геохимии может рассматриваться как особая форма материи - живое вещество. Его главное свойство - непрерывный интенсивный массообмен химических элементов с окружающей средой. По этой причине живое вещество играет роль ведущего фактора геохимической дифференциации элементов на Земле. Биогеохимическая роль организмов зависит от их размеров, быстроты размножения и энергии взаимодействия с окружающей средой. Чем меньше величина организма, тем быстрее идет размножение (и в большем количестве), тем быстрее смена поколений, тем больше их роль в геологических, геохимических, почвенных процессах.

Живое вещество. Живое вещество несравненно сложнее неживого - оно способно обмениваться веществом с окружающей средой и строить свой организм из поступающих внутрь веществ. Живые вещества способны размножаться - строить подобные себе организмы из поступающих в их организм веществ. Такими способностями не обладает неживое вещество. Живые существа не могут быть без обмена веществ. Ведь для того, чтобы живое существо строило само себя, внутрь этого вещества должно поступать то, что ему нужно, а вещества, которые уже стали ненужными для живого организма, должны выводиться из него наружу. Ясно, что там, где есть только твердые вещества, очень труден обмен веществ внутри организма. Поэтому на планетах без атмосферы и гидросферы невозможно представить себе жизни. Во-первых, живые существа все время обмениваются веществом с окружающей средой. Одни вещества поступают внутрь организма, другие, ненужные, опять выводятся из организма во внешнюю среду. Всем организмам нужна пища - перерабатывая ее, организм строит сам себя, свое тело, а для переработки пищи внутри организма в нужные организму вещества необходимо дыхание - поступление внутрь организма кислорода.

Распределение живого вещества на Земле крайне неравномерно, т.е. биосфера имеет мозаичную структуру, что будет рассмотрено отдельно. Жизнь стремится заполнить в максимальном объеме любое пригодное для нее пространство. Современными исследованиями установлено, что верхняя граница распространения живых организмов определяется губительным действием радиации. Низкие температуры верхних слоев тропосферы при этом оказывают защитное действие, так как жизнеспособность микроорганизмов сохраняется дольше при низких температурах. Так называемый аэропланктон в большей или меньшей степени населяет всю тропосферу. Вероятнее всего - верхним пределом распространения живого вещества является граница тропосферы и стратосферы. Точных данных о нижнем пределе распространения живого вещества до сих пор нет. Вероятнее всего, на суше нижний предел жизни находится на глубине примерно в 2-3 км (на этих глубинах обнаружены пурпурные тионово-кислые бактерии, использующие свободный кислород, выделяющийся при разложении воды нефтяных месторождений под влиянием излучения радиоактивных элементов.Кроме того, примерно на таких же глубинах обнаружены термофильные, существующие при температуре 104^оС сульфатвосстанавливающие бактерии) Под океанами жизнь, вероятнее всего, распространена до глубины 0,5- 1 км от дна (А.С. Орлов и О.С. Безуглова, 2000)

Вы уже знаете, что cовременное вещество биомассы составляет лишь около 0,00001% массы земной коры. А общая продукция биомассы только за последний миллиард лет (по оценкам Базилевич и Розова) на порядок превосходит массу земной коры. Поэтому суммарное влияние деятельности живого вещества на состав биосферы за всё время её существования многократно выше, чем его количество.

Выявление состава любого организма, а тем более расчет среднего состава живого вещества представляет сложную задачу по многим причинам. Прежде всего, необходимо учитывать, что содержание основного компонента живых организмов - воды- варьирует в широких пределах. Например, в планктоне ее почти 99%, а в стволах деревьев - только 60%. Для того, чтобы исключить влияние сильно варьирующих количеств воды и привести содержания химических элементов в форму, удобную для сравнительного анализа, применяется расчет содержаний элементов на абсолютно сухое органическое вещество, т.е. высушенное до постоянной массы при температуре 102-105 ^оС. В этом случае получаются содержания химических элементов не в реальных живых организмах, а в их условной сухой биомассе.

В обезвоженном органическом веществе немногим менее половины составляет углерод. Другими главными компонентами являются кислород, водород и азот.

Если не только избавиться от воды в организме, но и сжечь сухое органическое вещество, то будут удалены четыре этих главных элемента и останется только сумма минеральных веществ, входивших в состав организма - зола. В зольном остатке можно более точно определить соотношение остальных химических элементов, находившихся в органах и тканях живого организма.

Таким образом, понятно, что существует три варианта выражения химического состава живых организмов: во-первых - в расчете на живое (сырое) вещество; во-вторых - на сухую биомассу и в-третьих - на золу

Известно, что биомасса - общее количество живого вещества в биосфере в целом или в какой-то её части. Подразделяется на фитомассу изоомассу

Так как современная биомасса океана очень мала по отношению к биомассе Мировой суши и, учитывая незначительность относительной роли зоомассы последней, состав растительности суши обусловливает состав всего живого вещества Земли. Таким образом, по данным Е.А. Романкевич (1988) в живой (сырой) биомассе содержится в среднем 60% воды, 38% органического вещества и 2% зольных элементов.

Кларки живого вещества (по А.П. Виноградову с уточнениями), рассчитаны на сырую массу:

· процентные содержания (O - 70, C - 18, H - 10,5);

· порядок 10-1 % - N, Ca, Mg, Na, K, P, Cl, Si;

· порядок 10-2 % - S, Fe.

Содержания остальных элементов - значительно ниже.

В биомассе животных также преобладают углерод, азот, водород, кислород, в заметных количествах присутствуют фосфор и сера -компоненты белка.

На современном уровне знаний можно дать следующую оценку, разделив все элементы на пять групп по их массе, заключенной в растениях суши - первая группа (100n млн. тонн) включает марганец, ко второй группе (10n млн. тонн) относятся стронций, цинк, титан, бор, барий, медь; к третьей группе (n млн. тонн) - цирконий, бром, фтор, рубидий, свинец, никель, хром, ванадий, литий;к четвертой (0,1n млн. тонн) - лантан, иттрий, кобальт, молибден, йод, олово, мышьяк, бериллий и, наконец, наименее распространены (0,01n млн. тонн) - селен, галлий, серебро, уран, ртуть, сурьма, кадмий.

Таким образом, в живом веществе Мировой суши, а значит и живом веществе всей планеты находятся практически все рассеянные элементы. Естественно, биологическая роль каждого из них неодинакова. Одни из них играют существенную, иногда даже жизненно важную роль в жизнедеятельности организмов, значение же других пока не выяснено. То есть в живых организмах одни элементы входят в состав соединений, играющих очень важную роль, а другие являются варьирущими примесями (сравните с царством минералов).

Здесь мы подходим к определению такого важного для геохимии биосферы понятия как биофильность (или коэффициент биофильности) химических элементов

Биофильность элементов - определяется их коэффициентом концентрации в живом веществе относительно литосферы. Наиболее биофилен С (7800), далее идут N (160) и Н (70). К биофильным относятся также элементы, у которых кларк в живом веществе в целом близок к литосферному (немного выше или ниже): O, Cl, S, P, B, Br, J. Наименее биофильны - Al и Fe, чуть менее - Si и ещё ряд элементов. Коэффициент биофильности нельзя путать с коэффициентом биологического поглощения (КБП), который представляет собой отношение концентрации элемента (но не в живом веществе, а в его в зольном остатке) к его кларку в земной коре.

В последнее время, в связи с процессом трансформации современной биосферы в ноосферу, в геохимии биосферы и экологии широко используется понятие о технофильности химических элементов. По аналогии с биофильностью технофильность элементов - определяется их коэффициентом концентрации в результате техногенных процессов.

Позже мы несколько подробнее охарактеризуем биофильность и технофильность целого ряда химических элементов.

Особо необходимо остановиться на понятии о биогеноценозе - элементарной структурной ячейки биосферы.

Живые организмы не существуют сами по себе. Населяющие любую местность животные и растения объединены в устроенные различным образом сообщества, в которых все члены так или иначе зависят друг от друга. Во-вторых, никакая жизнь не существует вне связи с неживым веществом, причем связи взаимной: само существование живых организмов впрямую зависит от неживого вещества, необходимого им для питания и дыхания, а с другой стороны, деятельность живых организмов приводит к значительным изменениям в неживой природе.

В любом районе, в любой местности существуют свои природные комплексы, со своими особенностями связей между живыми организмами, между живым и неживым веществом.

Биоцгеоценоз - это взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом вещества и энергии.

В настоящее время термины «биогеоциноз» и «экосистема» иногда рассматриваются как синонимы. Но понятие биогеоценоз, предложенное В.Н. Сукачевым и относящееся к наземным живым системам, имеет определенные территориальные границы. Понятие «экосистема» - безразмерное и может включать пространство любой протяженности - от капли воды, с живущими в ней микроорганизмами до биосферы в целом. Таким образом, понятие «биогеоценоз»м по отношению к понятию «экосистема» - более частное.

С понятием «биогеоценоз» тесно связано понятие «ландшафты», некоторые типы которых мы также несколько подробнее рассмотрим позднее.[1,4,5,6]



4. Экологическое нормирование

Объективно в процессе общественного развития человек не может не воздействовать на состояние окружающей среды. Так, он не может не извлекать минеральные ресурсы, не может не забирать воду и пока не может по экономическим и техническим соображениям не выбрасывать в природную среду загрязняющие вещества. Проблема заключается в том, чтобы при этом были установлены научно обоснованные пределы таких воздействий исходя из долгосрочных общественных интересов в сохранении количественных и качественных свойств и характеристик природы. Эта цель достигается с помощью экологического нормирований, что и определяет место экологических нормативов в механизме экологического права. Под экологическим нормированием понимается установление уполномоченными государственными органами экологических нормативов в соответствии с требованиями законодательства. В Российской Федерации имеется немало нормативных правовых актов, регулирующих отношения в области экологического нормирования. В числе основных следует назвать Закон об охране окружающей среды, гл. V которого -- «Нормирование в области охраны окружающей среды» определяет систему экологических нормативов, критерии их установления. Некоторые специальные требования по экологическому нормированию применительно к регулированию охраны и использования отдельных природных ресурсов установлены в актах природоресурсного законодательства: ЗК РФ (ч. 5 ст. 13), ВК РФ (ст. 109), ЛК РФ (ст. 62), Законах об исключительной экономической зоне РФ (ст. 30), об охране атмосферного воздуха (ст. 11, 12), о животном мире (ст. 17), об отходах производства и потребления (ст. 18). Законом о санитарно-эпидемиологическом благополучии населения определяются требования к санитарно-гигиеническому нормированию в области охраны среды обитания. Важную роль в экологическом нормировании играет Порядок разработки и утверждения экологических нормативов выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду, лимитов использования природных ресурсов, размещения отходов, утвержденный постановлением Правительства РФ от 3 августа 1992 г. (с изм. и доп.).

В систему экологических нормативов входят:

* нормативы качества окружающей среды;

* нормативы предельно допустимого вредного воздействия на состояние окружающей среды;

* нормативы допустимого изъятия природных ресурсов.

Будучи утвержденными специально уполномоченными государственными органами в области природопользования и охраны окружающей среды в пределах их компетенции, экологические нормативы являются обязательными для исполнения. Соблюдение этих нормативов служит критерием оценки правомерности поведения субъектов экологических правоотношений в области оценки воздействия на окружающую среду, экологической экспертизы, лицензирования, сертификации, контроля и др. Согласно ст. 22 Закона об охране окружающей среды за превышение установленных нормативов допустимого воздействия на окружающую среду субъекты хозяйственной и иной деятельности в зависимости от причиненного окружающей среде вреда несут ответственность в соответствии с законодательством. Регуляторами природопользования служат лимиты. Лимитирование - это система эколого-экономических ограничений по территориям, срокам и объемам предельных показателей использования природных ресурсов, выбросов и сбросов в окружающую природную среду загрязняющих веществ и размещения отходов (Статья 19 Закона Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» № 2060-1 от 19.12.91., в редакции Законов РФ от 21.02.92. № 2397-1, от 02.06.93. № 5076-1). Природопользование осуществляется путем изъятия природного вещества из природы и внесение в нее загрязняющих веществ. В соответствии с этим лимитирование производится путем установления предельных норм изъятия ресурсов, а также норм выбросов и сбросов в среду и размещения отходов. Лимиты устанавливаются на размеры отвода земельных участков для строительства автомобильных и железных дорог, аэропортов, трубопроводов, мелиоративных каналов. Применяются лимиты потребления воды для орошаемого земледелия, для промышленных и сельскохозяйственных объектов. Лимитами для использования лесных ресурсов являются показатели расчетной лесосеки по территориям, т.е. предельная ежегодная норма вырубки. Существуют квоты для вылова рыбы и охоты. Лимитами для выбросов и сбросов загрязняющих веществ служат нормативы качества природной среды (Статьи 25-34 Закона Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» № 2060-1 от 19.12.91., в редакции Законов РФ от 21.02.92. № 2397-1, от 02.06.93. № 5076-1). Эти нормативы носят название ПДВ - предельно допустимые выбросы в атмосферу; ПДС - предельно допустимые сбросы в водные источники; ПДК - предельно допустимые концентрации; ПДУ - предельно допустимые уровни воздействия шума, вибрации, магнитных полей; ПДН - предельно допустимые нагрузки на природную среду (количество посетителей на экскурсию в заповеднике, нагрузка скота на единицу пастбищных угодий). Нормативы утверждаются Государственным комитетов по охране окружающей среды Российской Федерации. Виды, лимиты хозяйственной деятельности, экологические требования при использовании ресурсов фиксируются в лицензиях (разрешениях) на комплексное природопользование, выдаваемых органами управления, где указывается:

· виды, объемы и лимиты хозяйственной деятельности по использованию природных ресурсов;

· экологические требования, при которых допускается использование природных ресурсов, последствий несоблюдения этих требований (статья 18, часть 3 Закона Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» № 2060-1 от 19.12.91., в редакции Законов РФ от 21.02.92. № 2397-1, от 02.06.93. № 5076-1).



4.1 Общая характеристика нормирования в области охраны окружающей среды

Нормирование в области охраны окружающей среды осуществляется в целях государственного регулирования воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду, гарантирующего сохранение благоприятной окружающей среды и обеспечение экологической безопасности.

В основе системы нормирования два вида нормативов: качества окружающей среды и допустимого воздействия на окружающую среду. Ст. 19 «Основы нормирования в области охраны окружающей среды» Федерального закона «Об охране окружающей среды» включает в понятие нормирования установление, кроме названных основных видов, «иных нормативов в области охраны окружающей среды», а также государственных стандартов и иных нормативных документов.

Нормативы и нормативные документы в области охраны окружающей среды разрабатываются, утверждаются и вводятся в действие на основе современных достижений науки и техники с учетом международных правил и стандартов в области охраны окружающей среды. Нормирование в области охраны окружающей среды осуществляется в порядке, установленном Правительством РФ. Разработка нормативов в области охраны окружающей среды включает в себя:

- проведение научно-исследовательских работ по обоснованию нормативов в области охраны окружающей среды;

- проведение экспертизы, утверждение и опубликование нормативов в области охраны окружающей среды в установленном порядке;

- установление оснований разработки или пересмотра нормативов в области охраны окружающей среды;

- осуществление контроля за применением и соблюдением нормативов в области охраны окружающей среды;

- формирование и ведение единой информационной базы данных нормативов в области охраны окружающей среды;

- оценку и прогнозирование экологических, социальных, экономических последствий применения нормативов в области охраны окружающей среды.

Закон вносит определенность в круг субъектов, чья деятельность подлежит нормированию: нормативы допустимого воздействия на окружающую среду устанавливаются для юридических и физических лиц - природопользователей. Действующие подзаконные нормативные акты говорят о предприятиях, учреждениях и организациях-природопользователях; индивидуальных предпринимателях и юридических лицах. Известно, что граждане пока не рассматриваются в качестве субъектов отношений платности за загрязнение ими окружающей среды.

Особый практический интерес в связи с тенденциями децентрализации управления представляет компетенция региональных органов власти в сфере нормирования.

Согласно ст. 6 Федерального закона «Об охране окружающей среды» к их полномочиям отнесены: разработка и утверждение нормативов, государственных стандартов и иных нормативных документов в области охраны окружающей среды, содержащих соответствующие требования, нормы и правила не ниже установленных на федеральном уровне. Принятые позднее подзаконные нормативные акты Правительства РФ устанавливают следующее.

Индивидуальные предприниматели и юридические лица, приступающие к осуществлению деятельности в области обращения с отходами на основании методических указаний Министерства природных ресурсов Российской Федерации разрабатывают проекты нормативов образования отходов и лимитов на размещение конкретного вида отходов в конкретных объектах размещения отходов и представляют их на утверждение в территориальные органы Министерства.

4.2 Классификация экологических нормативов в сфере охраны окружающей среды

Нормативы в области охраны окружающей среды - установленные нормативы качества окружающей среды и нормативы допустимого воздействия на нее, при соблюдении которых обеспечивается устойчивое функционирование естественных экологических систем и сохраняется биологическое разнообразие.

Нормативы качества окружающей среды - нормативы, которые установлены в соответствии с физическими, химическими, биологическими и иными показателями для оценки состояния окружающей среды и при соблюдении которых обеспечивается благоприятная окружающая среда.

Нормативы качества окружающей среды устанавливаются для оценки состояния окружающей среды в целях сохранения естественных экологических систем, генетического фонда растений, животных и других организмов.

К нормативам качества окружающей среды относятся:

- нормативы, установленные в соответствии с химическими показателями состояния окружающей среды, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций химических веществ, включая радиоактивные вещества;

- нормативы, установленные в соответствии с физическими показателями состояния окружающей среды, в том числе с показателями уровней радиоактивности и тепла;

- нормативы, установленные в соответствии с биологическими показателями состояния окружающей среды, в том числе видов и групп растений, животных и других организмов, используемых как индикаторы качества окружающей среды, а также нормативы предельно допустимых концентраций микроорганизмов;

- иные нормативы качества окружающей среды.

Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду - нормативы, которые установлены в соответствии с показателями воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и при которых соблюдаются нормативы качества окружающей среды.

В целях предотвращения негативного воздействия на окружающую среду хозяйственной и иной деятельности для юридических и физических лиц - природопользователей устанавливаются следующие нормативы допустимого воздействия на окружающую среду:

- нормативы допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов - нормативы, которые установлены для субъектов хозяйственной и иной деятельности в соответствии с показателями массы химических веществ, в том числе радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов, допустимых для поступления в окружающую среду от стационарных, передвижных и иных источников в установленном режиме и с учетом технологических нормативов, и при соблюдении которых обеспечиваются нормативы качества окружающей среды;

- нормативы образования отходов производства и потребления и лимиты на их размещение;

- нормативы допустимых физических воздействий (количество тепла, уровни шума, вибрации, ионизирующего излучения, напряженности электромагнитных полей и иных физических воздействий) - нормативы, которые установлены в соответствии с уровнями допустимого воздействия физических факторов на окружающую среду и при соблюдении которых обеспечиваются нормативы качества окружающей среды;

- нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды - нормативы, установленные в соответствии с ограничениями объема их изъятия в целях сохранения природных и природно-антропогенных объектов, обеспечения устойчивого функционирования естественных экологических систем и предотвращения их деградации;

- нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду- - нормативы, которые установлены в соответствии с величиной допустимого совокупного воздействия всех источников на окружающую среду и (или) отдельные компоненты природной среды в пределах конкретных территорий и (или) акваторий и при соблюдении которых обеспечивается устойчивое функционирование естественных экологических систем и сохраняется биологическое разнообразие;

- нормативы иного допустимого воздействия на окружающую среду при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, устанавливаемые законодательством Российской Федерации и законодательством субъектов Российской Федерации в целях охраны окружающей среды.

Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду должны обеспечивать соблюдение нормативов качества окружающей среды с учетом природных особенностей территорий и акваторий.

В числе нормативов допустимого воздействия Федеральный Закон «Об охране окружающей среды» вводит нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду.

Он рассматривается как вид нормативов допустимого воздействия (ч. 1 ст. 22) и в этом своем качестве устанавливается хозяйствующим субъектам (ч. 1 ст. 27). Но одновременно с тем нормативы допустимой антропогенной нагрузки наряду с нормативами качества и технологическими нормативами служат исходными (данными) при установлении нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов (ч. 1 ст. 23).

Кроме того, нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду устанавливаются по каждому виду воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и совокупному воздействию всех источников, находящихся на этих территориях и (или) акваториях (ч. 2 ст. 27) - и в этой трактовке нормативы уже отрываются от конкретных хозяйствующих субъектов и привязываются к территориям.

Практический интерес представляет также введение технологических нормативов, которые рассматриваются в качестве исходных при установлении нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов для стационарных, передвижных и иных источников воздействия на окружающую среду наряду с нормативами допустимой антропогенной нагрузки и нормативами качества окружающей среды (ч. 1 ст. 23).

Технологические нормативы устанавливаются для стационарных, передвижных и иных источников на основе использования наилучших существующих технологий с учетом экономических и социальных факторов (ч. 2 ст. 23).

В то же время, технологический норматив - норматив допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов, который устанавливается для стационарных, передвижных и иных источников, технологических процессов, оборудования и отражает допустимую массу выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов в окружающую среду в расчете на единицу выпускаемой продукции (ст. 1).

Последняя формулировка дана приближенно к определению технического норматива выброса, введенному Федеральным законом «Об охране атмосферного воздуха» (ст. 1). По совокупности приведенных понятий, роль технологических нормативов состоит, видимо в обосновании и формировании конкретных величин допустимых выбросов и сбросов. Использование технологических нормативов в расчетах может стать инструментом стимулирования перехода предприятий на более совершенные технологии.

Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха» (ст. 12) рассматривает технические нормативы выбросов и предельно допустимые выбросы как самостоятельные, устанавливаемые альтернативно в зависимости от указанных в самом этом законе характеристик источников выбросов.

Федеральный Закон «Об охране окружающей среды» сохраняет известное отступление от общего смысла экологических требований - лимиты на выбросы и сбросы, которые согласно ч. 3 ст. 23 могут устанавливаться при невозможности соблюдения нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов.

Соответствующие разрешения действуют только в период проведения мероприятий по охране окружающей среды, внедрения наилучших существующих технологий и (или) реализации других природоохранных проектов с учетом поэтапного достижения установленных нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов.

Установление лимитов на выбросы и сбросы допускается только при наличии планов снижения выбросов и сбросов, согласованных с органами исполнительной власти, осуществляющими государственное управление в области охраны окружающей среды.

Утверждение нормативов образования отходов и лимитов на их размещение осуществляется территориальными органами Министерства природных ресурсов РФ . Полномочия органов власти субъектов РФ в части утверждения нормативов здесь не устанавливаются, но применение этих документов надлежит осуществлять с учетом положений Федерального закона «Об охране окружающей среды».

Введен новый вид нормативов - нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды (ст. 26), которые определяются природноресурсовым законодательством. Включение данного положения в природоохранный Закон объясняется необходимостью подчеркнуть, что такие нормативы устанавливаются в соответствии с требованиями в области охраны окружающей среды.

Нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды и порядок их установления определяются законодательством о недрах, земельным, водным, лесным законодательством, законодательством о животном мире и иным законодательством в области охраны окружающей среды, природопользования и в соответствии с требованиями в области охраны окружающей среды, охраны и воспроизводства отдельных видов природных ресурсов, установленными Федеральным законом «Об охране окружающей среды», другими федеральными законами и иными нормативными правовыми актами Российской Федерации в области охраны окружающей среды.