Энергетическое обеспечение биологического круговорота

Государственное образовательное  учреждение высшего

профессионального образования

«РОССИЙСКАЯ ТАМОЖЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

 

Санкт–Петербургский имени В.Б. Бобкова филиал

Российской  таможенной академии

Кафедра товароведения и таможенной экспертизы

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Экология» на тему

«Энергетическое обеспечение биологического круговорота»;

«Экологическое нормирование и общие принципы рационального природопользования»

 

 

 

Выполнил:

студентка 1-го курса заочной формы обучения факультета таможенного дела, группа 1511-з А.А. Демина

Проверил:_____К.В. Мелентьев                   .

      (инициалы, фамилия преподавателя)

                         канд. техн. наук                     .

                  (уч. степень, уч. звание)

Оценка__________________

Подпись_________________

 «_____»                                   2011 г.

 

 

 

 

 

 

 

Санкт–Петербург

2011

 

 

Оглавление

 

Введение 3

1. Энергетическое обеспечение биологического круговорота 4

1.1. Потоки вещества и энергии в экологических системах 4

1.2. Биогеофизические круговороты веществ в природе: круговороты воды, серы, кислорода, фосфора, азота. 7

1.2.1. Круговорот воды. 7

1.2.2.  Круговорот серы. 8

1.2.3. Круговорот кислорода. 9

1.2.4. Круговорот фосфора. 10

1.2.5. Круговорот азота. 11

1.3. Геологический (большой) и биотический (малый) круговорот веществ 12

2. Экологическое нормирование и общие принципы рационального природопользования 14

2.1. Рациональное использование природных ресурсов 14

2.2. ФЗ «об охране окружающей среды» и основные принципы нормирования загрязняющих веществ в окружающей природной среде 15

Заключение 18

Список использованной литературы 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Взаимодействие  человека с природой – одна из наиболее сложных и трудно разрешимых проблем современности. Сегодня стало очевидным, что задачи сохранения окружающей среды и экономического развития взаимосвязаны: разрушая и истощая природную среду невозможно обеспечить устойчивое экономическое развитие.

Формирование  комплексной и гармоничной системы  природопользования – важная проблема, стоящая перед экономистами. Ее разрешение требует знания основ экологии, экономики и организации природопользования всеми специалистами экономического профиля.

В настоящее  время для разрешения экологических проблем в России действует система законодательных актов экологического законодательства, которая основывается на 5 законодательных актах об охране окружающей природной среды, 11 природноресурсных законодательных актов: Земельный Кодекс РФ, Закон РФ «о недрах», ФЗ «о животном мире» и другие, а также ряд норм, регулирующих отношения в сфере «общество-природа», содержатся в законодательных актах, регулирующих смежные отношения в сфере хозяйственной, управленческой и иной деятельности: Основы законодательства об охране здоровья, Гражданский Кодекс РФ и другие. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Энергетическое обеспечение биологического  круговорота

1.1. Потоки вещества  и энергии в экологических  системах

 

 

Экологическая система – основная функциональная единица экологии, включающая в себя живые организмы (биоценоз) и среду обитания (экотоп), причем каждая из этих частей влияет на другую и обе необходимы для поддержания жизни.

Экосистемы  представляют собой основные природные  единицы на поверхности Земли. Это  не только комплекс живых организмов, но и все сочетания физических факторов. Всюду, где можно наблюдать  отчетливое единство растений и животных, объединенных отдельным участком окружающей среды, говорят об экологической  системе.

Понятие экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности  и происхождения. Поэтому оно  применимо как к относительно простым искусственным (аквариум, теплица, пшеничное поле), так и к сложным  естественным комплексам организмов и  среды их обитания (озеро, лес, океан).

В состав экосистемы входят неживые и живые  компоненты.

Неживые (абиотические) компоненты:

1. неорганические вещества (N2, C02, Н2О и др.), включающиеся в природные круговороты;

2. органические соединения (углеводы, белки, аминокислоты, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотическую части экосистем;

3. климатический режим (освещенность, температура, влажность и другие физические факторы).

Живые (биотические) компоненты экосистем:

1. продуценты – автотрофные (самостоятельно питающиеся) организмы, главным образом, зеленые растения, которые создают органические вещества из простых неорганических веществ. Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме, т.е. являются производителями продукции,

2. макроконсументы (консументы 1, 2 и т.д. порядка) – гетеротрофные (питающиеся другими) организмы, главным образом, животные, которые поедают растения и другие организмы. В отличие от автотрофов продуцентов, гетеротрофы выступают как потребители и разрушители органических веществ,

3. микроконсументы (редуценты) – гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые разрушают сложные соединения мертвой протоплазмы, поглощают некоторые продукты разложения и высвобождают неорганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами.

Структура экосистемы. В зависимости от характера  питания в экосистеме строится экологическая  пирамида (пирамида питания), состоящая  из нескольких трофических уровней:

1. занимают автотрофные организмы;

2. гетеротрофные организмы 1 порядка, использующие в пищу биомассу растений;

3. гетеротрофы 2 порядка, питающиеся гетеротрофами 1 порядка, и т.д.

Любая жизнь  требует постоянного притока  энергии и вещества. Энергия расходуется  на осуществление основных жизненных  реакций, вещество идет на построение тел организмов. Существование природных  экосистем сопровождается сложными процессами вещественно-энергетического  обмена между живой и неживой  природой. Эти процессы очень важны  и зависят не только от состава  биотических сообществ, но и от физической среды их обитания. Усваивая солнечную энергию, зеленые растения создают потенциальную энергию, которая при потреблении пищи организмами превращается в другие формы. Превращения энергии в отличие от цикличного движения веществ идут в одном направлении, почему и говорят о потоке энергии.

Поток (круговорот) вещества – перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к редуцентам и далее (через химические реакции, происходящие без участия живых организмов) вновь к продуцентам.

Для изучения потоков энергии важны два начала термодинамики. Первое начало гласит, что энергия не может создаваться заново и исчезать, а только переходит из одной формы в другую. Второе начало формулируется таким образом: процессы, связанные с превращениями энергии, могут протекать самопроизвольно лишь при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную.

Общепринятая  в физике формулировка второго начала гласит, что в закрытых системах энергия стремится распределиться равномерно, т. е. система стремится к состоянию максимальной энтропии. Отличительной же особенностью живых тел, экосистем и биосферы в целом является способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т. е. состояния с низкой энтропией.

В экосистемах  перенос энергии пищи от ее источника  – растений через ряд организмов, происходящий путем поедания одних  организмов другими, и называется пищевой  цепью. При каждом очередном переносе большая часть (80–90 %) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. [5]

 

 

1.2. Биогеофизические  круговороты веществ в природе: круговороты воды, серы, кислорода, фосфора, азота.

 

      Деятельность живых организмов сопровождается извлечением из окружающей их неживой природы больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный круговорот веществ в природе, т.е. циркуляция веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.

 

1.2.1. Круговорот  воды.

 

 Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. Упрощенно говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.

Круговорот  воды является одним из грандиозных  процессов на поверхности земного  шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает  малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности  океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков  на поверхность океана образуют малый  круговорот. Если же водяной пар  переносится воздушными течениями  на сушу, круговорот становится значительно  сложнее. В этом случае часть осадков  испаряется и поступает обратно  в атмосферу, другая - питает реки и  водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным  стоком, завершая тем самым большой  круговорот. Важное свойство круговорота  воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает  воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные  воды и атмосферную влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани  растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые  для жизнедеятельности самих  растений.

Наиболее  замедленной частью круговорота  воды является деятельность полярных ледников, что отражают медленное  движение и скорейшее таяние ледниковых масс. Наибольшей активностью обмена после атмосферной влаги отличаются речные воды, которые сменяются в  среднем каждые 11 дней. Чрезвычайно  быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота являются отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.

1.2.2.  Круговорот  серы.

 

 

Сера является важным составным элементом живого вещества. Большая часть ее в живых  организмах находится в виде органических соединений. Кроме того, сера входит в состав некоторых биологически активных веществ: витаминов, а также ряда веществ, выступающих в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов в организме и активизирующих некоторые ферменты.

Сера представляет собой исключительно активный химический элемент биосферы и мигрирует  в разных валентных состояниях в  зависимости от окислительно-восстановительных  условий среды. Среднее содержание серы в земной коре оценивается в 0,047 %. В природе этот элемент образует свыше 420 минералов.

В изверженных породах сера находится  преимущественно в виде сульфидных минералов: пирита , пирронита , халькопирита , в осадочных породах содержится в глинах в виде гипсов, в ископаемых углях - в виде примесей серного колчедана и реже в виде сульфатов. Сера в почве находится преимущественно в форме сульфатов; в нефти встречаются ее органические соединения.

В связи с  окислением сульфидных минералов в  процессе выветривания сера в виде сульфатиона переносится природными водами в Мировой океан.  Сера поглощается морскими организмами, которые богаче ее неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные.

1.2.3. Круговорот  кислорода.

 

Кислород - наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды  с живыми организмами или их остатками  после гибели.

В составе  земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере  является молекула О2. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров.

Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза  зеленых растений и его общее  количество отражает баланс между продуцированием  кислорода и процессами окисления  и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило  такое время, когда количество свободного кислорода достигло определенного  уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого  кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода.

1.2.4. Круговорот  фосфора.

 

 

Фосфор  входит в состав генов и молекул, переносящих  энергию внутрь клеток. В различных  минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме так называемого органического фосфата. По пищевым цепям фосфор переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления содержащего фосфор соединения в процессе клеточного дыхания для получения организмом энергии. Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл.

В отличие, например, от углекислого газа, который, где  бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет "свободного возврата" в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет.

Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их "отходы" жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном и происходит. Когда же в их функционирование вмешивается человек, он нарушает естественный круговорот, перевозя, например, урожай вместе с накопленными из почвы биогенами на большие расстояния к потребителям.

1.2.5. Круговорот  азота.

 

 

При гниении органических веществ  значительная часть содержащегося  в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве   трифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:

2HN0з  + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного  угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при .недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих де ни трифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к  полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся, прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий — «клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества.

Таким образом, в природе совершается непрерывный  круговорот азота. Однако ежегодно с  урожаем с полей убираются  наиболее богатые белками части  растений, например зерно. Поэтому в  почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших  элементов питания растений. [2]

1.3. Геологический  (большой) и биотический (малый) круговорот веществ

 

Под круговоротом в биосфере понимают повторяющиеся  процессы превращений и пространственных перемещений веществ, имеющие определенное поступательное движение, выражающееся в качественных и количественных различиях отдельных циклов. Выделяют 2 круговорота – большой (геологический) и малый (биотический). Большой (геологический) круговорот веществ протекает от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет, включая в себя такие процессы, как круговорот воды и денудация суши. Дунудация суши складывается из общего изъятия вещества суши (52990 млн. т/год), общего привноса вещества на сушу (4043 млн. т/год) и составляет 48947 млн. т/год. Антропогенное вмешательство ведет к ускорению денудации, приводя, например, к землятрясениям в зонах водохранилищ, построенных в сейсмоактивных районах. Малый(биотический) круговорот веществ происходит на уровне биогеоциноза или биогеохимического цикла. [3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Экологическое нормирование и  общие принципы рационального  природопользования

2.1. Рациональное  использование природных ресурсов

 

Планета наша не так велика и все природные  процессы протекающие на ней, тесно взаимосвязаны. Уничтожение лесов в одной стране приводит к сокращению природных богатств всей планеты, выбросы химических веществ на одном континенте могут вызвать рак кожи у людей, живущих в других частях света, поступление в атмосферу углекислого газа в одном месте ускоряет изменение климата Земли в целом. Океанический и атмосферный перенос загрязняющих веществ не знает границ.

Человек всегда использовал окружающую среду в  основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного  времени его деятельность не оказывала  заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменение  биосферы под влиянием хозяйственной  деятельности обратили на себя внимания ученых. В первой половине нынешнего  столетия эти изменения нарастали  и в настоящее время лавиной  обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий  свой жизни, человек постоянно, наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При  таком подходе большая часть  взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу существованию  и биосферы, и самого человека. Единственный выход из этой ситуации заключается  и в выработке новых систем рационального использования природных  ресурсов, и в благоразумии человека.

Широкое распространение  в связи с проблемой сохранения природы приобретают идеи контроля окружающей природы как формы  научного наблюдения, включенного в  технологию рационального природопользования. Сейчас этот вопрос очень актуален, т.к. если человечество не поймет всей важности происходящего, это может грозить ему экологической катастрофой.[6]

2.2. ФЗ «об охране  окружающей среды» и основные  принципы нормирования загрязняющих  веществ в окружающей природной среде

 

 

Федеральный закон  «Об охране окружающей среды» от 10 января 2002г стал заметным событием общественной жизни и очередным шагом в развитии российского экологического законодательства. За годы действия Закона РСФСР от 19 декабря 1991г. «Об охране окружающей природной среды» произошли радикальные изменения в экономической системе, государственном устройстве, практически заново было создано российское законодательство.

Выбор  объясняется актуальностью соответствующих отношений и социальной востребованностью правовых исследований по тематике экологических прав человека, экономического регулирования в сфере охраны окружающей природной среды.

Федеральный закон «Об охране окружающей среды» состоит из 84 статей, объединенных в 16 глав: I. Общие положения; П. Основы управления в области охраны окружающей среды; III. Права и обязанности  граждан, общественных и иных некоммерческих объединений в области охраны окружающей среды; IV. Экономическое регулирование в области охраны окружающей среды; V. Нормирование в области охраны окружающей среды; VI. Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза; VII. Требования в области охраны окружающей среды при осуществлении хозяйственной и иной деятельности; VIII. Зоны экологического бедствия, зоны чрезвычайных ситуаций; IX. Природные объекты, находящиеся под особой охраной; X. Государственный мониторинг окружающей среды (государственный экологический мониторинг); XI. Контроль в области охраны окружающей среды (экологический контроль); XII. Научные исследования в области охраны окружающей среды; XIII. Основы формирования экологической культуры; XIV. Ответственность за нарушение законодательства в области охраны окружающей среды и разрешение споров в области охраны окружающей среды; XV. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды; XVI. Заключительные положения.

Глава V. Нормирование в области охраны окружающей среды  рассматривает 13 статей об основах  нормирования, требования к разработке нормативов, нормативы, а также государственные  стандарты и иные нормативные  документы в области охраны окружающей среды. Рассмотри некоторые из основных принципов нормирования загрязняющих веществ в окружающей природной  среде.

В соответствии с природоохранительным законодательством  Российской Федерации 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.

Принципы  нормирования загрязняющих веществ  устанавливаются в форме нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ, а также вредных микроорганизмов и других биологических веществ, загрязняющих окружающую среду, и нормативов предельно допустимых уровней (ПДУ) вредных физических воздействий на нее.

Нормативы качества окружающей среды  выполняют ряд функций. Они прежде всего устанавливают предельные величины вредных химических, физических и биологических воздействий на природную среду.

Такие нормативы служат также для оценки состояния атмосферного воздуха, вод, почв по химическим, физическим и биологическим характеристикам. Установленные в соответствии с требованиями законодательства нормативы качества окружающей среды служат одним из юридических критериев для определения ее благоприятного состояния.[4]

В законодательстве сформулированы общие принципы нормирования допустимого отрицательного воздействия на окружающую среду. В соответствии с Законом «Об охране атмосферного воздуха» они заключаются в том, что вредные воздействия на воздух, для которых не существует соответствующих нормативов, могут допускаться в исключительных случаях по разрешениям, выдаваемым специально уполномоченными на то государственными органами на определенный срок, в течение которого должен быть установлен соответствующий норматив.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Экологические проблемы в нашей стране и в  мире целом стоят последнее время  очень остро. В связи с развитием  науки и техники человечество вынужденно использовать больше природных  ресурсов, тем самым истощая запасы природы.

Поэтому стало  так важно подготовить и ввести в исполнение систему законодательных актов об охране окружающей природной среды. Тем самым человечество формирует комплексную и гармоничную систему природопользования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

 

  1. Федеральный закон от 10.01.2002 №-7 ФЗ «об охране окружающей среды»
  2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник. М.: ЮНИТИ, 1998
  3. Экология: Учебное пособие / Общая ред. С.А. Боголюбова. – М: Знание, 1997
  4. Глухов В.В., Лисичкина Т.В., Некрасова Т,П, Экономические основы экологии. – СПб.: Спец. Литература, 1995
  5. Горелов А.А. Экология: курс лекций. М.: Высш. шк., 1998
  6. Петров В.В. Экологическое право России: Учебник для вузов. М.: БЕК, 1996
  7. http://knigosite.ru/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Энергетическое обеспечение биологического круговорота