Определение экологии. Предмет её изучения

1. Определение экологии. Предмет её изучения.

     Экология ( от греч. «ойкос» - дом, жилище и «логос» - учение ) - наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитаютают. Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки в тесной связи с другими естественными науками - химией, физикой, геологией, географией, математикой.

     Предметом экологии является совокупность или  структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологи - экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяции, т. е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом  (биосферный уровень). Основной, традиционной частью экологии как биологической науки является общая экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды (включая человека как биологическое существо).

     Современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения главным образом животных и растений, она превращается в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность  и многогранность этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации»  многих естественных, технических и гуманитарных наук. Например, на стыке экологии с другими отраслями знаний продолжается развитие таких новых направлений, как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая экология и т.д. Соответственно более широкое толкование получил и сам термин «экология». 
 

28. Из каких  частей состоит биогеохимический круговорот веществ?

     В отличие  от  энергии,  которая  однажды  использованная  организмом, превращается в тепло и  теряется  для  экосистемы,  вещества  циркулируют  в биосфере, что и называется биогеохимическими круговоротами. Из 90  с  лишним элементов,  встречающихся  в  природе,  около  40  нужны  живым  организмам.

     Наиболее  важные для  них  и  требующиеся  в  больших  количествах:  углерод, водород,  кислород,  азот.  Кислород  поступает в атмосферу в результате фотосинтеза и расходуется  организмами  при  дыхании.  Азот  извлекается  из атмосферы благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий и возвращается  в неё другими бактериями

     Биогеохимический круговорот – процесс непрерывного обмена биогенами (веществами, необходимыми для жизни), осуществляемый биотой (совокупностью всех естественных организмов) с окружающей средой. Основных биогенов всего пять, а участвует в круговороте порядка 40 элементов. Биота состоит из организмов-продуцентов, которые из неорганического вещества окружающей среды синтезируют с помощью солнечной энергии органику. Это растительные организмы-фотосинтетики (хемосинтетики составляют ничтожную долю биоты) и организмы-консументы, которые через сложные пищевые цепочки разлагают (минерализуют) органику до первоначальных веществ, возвращая их снова в окружающую среду. Запасы доступных для современных организмов биогенов в окружающей среде ограничены. Так, основной биоген - углерод - потребляется в виде атмосферного или растворенного в водах Мирового океана углекислого газа. Как в атмосфере, так и в океане запасы его ограничены: в атмосфере находится около 700 млрд. т углекислого газа в пересчете на углерод; в Мировом океане примерно такая же масса. Если ежегодно продуценты производят порядка 100 млрд. т (в пересчете на углерод) органического вещества, потребляемого консументами, то очевидно, что биогеохимический круговорот должен замыкаться с высокой степенью точности. Если разница между синтезом и разложением будет составлять хотя бы 1 % или меньше, то жизнь, представленная фотосинтетиками и живущими за их счет консументами, может быстро исчезнуть. Однако разница в синтезе и разложении всегда существует, составляя для глобального кругооборота сотые процента. Эта величина представляет собой показатель предела чувствительности биоты к изменениям круговорота. Когда он превышен, то биота реагирует на произошедшее изменение окружающей среды путем включения механизма, возвращающего ее к прежнему состоянию. Таким образом, этот показатель является фундаментальной величиной, а Б. к. не замыкается полностью, как предполагают многие исследователи. Первичными ячейками круговорота служат сообщества организмов с характерным размером до десятков метров, включающие продуценты и консументы. В такой системе действует закон больших чисел, так как продуценты здесь — листья или иголки, которые работают независимо друг от друга и даже конкурируют за свет, а консументы — это микроорганизмы и гифы грибов, а также независимые друг от друга насекомые. Флуктуация в такой системе равняется единице, деленной на корень квадратный из числа независимых элементов.

     Биогеохимический  круговорот является механизмом регулирования  окружающей среды: при нарушении  концентрации биогенов в ней происходит размыкание круговорота и вывод из окружающей среды избытка или, наоборот, эмиссия для пополнения недостатка того или иного биогена в окружающей среде, так как биота должна поддерживать их концентрацию близко к оптимальной для себя 
 
 
 
 
 
 
 
 

     55. Абсорбционный метод очистки  отходящих газов предприятий.

     Очистка газов от парообразных и газообразных примесей. Газы в 
промышленности обычно загрязнены вредными примесями, поэтому очистка 
широко применяется на заводах и предприятиях для технологических и 
санитарных (экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы:

     абсорбция жидкостями; адсорбция твердыми поглотителями;

каталитическая  очистка.

     В меньших масштабах применяются  термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодействия 
примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном.

     Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).

     Абсорбционные методы служат для технологической  и санитарной очистки газов. Они основаны на избирательной растворимости газо- и парообразных примесей в жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей химическими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция). Абсорбционная очистка –непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции (и в некоторых хемосорбционных процессах) регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированно).

     Абсорбенты, применяемые в промышленности, оцениваются  по следующим показателям: 1) абсорбционная емкость, т. е. растворимость извлекаемого компонента в поглотителе в зависимости от температуры и давления; 2) селективность, характеризуемая соотношением растворимостей разделяемых газов и скоростей их абсорбции; 3) минимальное давление паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента; 4) дешевизна; 5) отсутствие коррозирующего действия на аппаратуру. В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелочей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, оксидов марганца и магния, сульфат магния и др.

     Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.

     Любой процесс мокрой абсорбционной очистки  выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки 
конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и 
охлаждением газа. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     81. Оцените качество воздуха, если  известно, что в воздухе одновременно присутствуют пары фенола концентрацией 0,0018мг/м³ и ацетона концентрацией 0,165мг/м³.

   Для того чтобы оценить качество воздуха, необходимо знать ПДК данных вредных веществ. Для атмосферного воздуха населённых мест ПДК_фенол = 0,1 мг/м³, ПДК_ацетон = 0,35 мг/м³. Оба вещества обладают эффектом суммации. Качество воздуха оценим по формуле:

   или

   ;

   Так как условия неравенства соблюдаются, следовательно, качество воздуха удовлетворительно и не опасно для здоровья человека. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     100. Основные загрязнители атмосферного  воздуха.

     Загрязнение атмосферы — принесение в атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение естественной среднемноголетней концентрации этих веществ в нём.

     Основные  загрязнители атмосферного воздуха:

• Оксид углерода
• Оксиды азота
• Диоксид серы
• Углеводороды
• Альдегиды
• Тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr)
• Аммиак
• Атмосферная пыль

     Природные источники загрязнения: Извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется со временем.

     Антропогенные источники загрязнения:

     Обусловлены хозяйственной деятельностью человека. К ним следует отнести:

     1. Сжигание горючих ископаемых.

     2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

     3. Выхлопы современных турбореактивных  самолетов с оксидами азота  и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).

     4. Производственная деятельность.

     5. Загрязнение взвешенными частицами  (при измельчении, фасовке и  загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при  сжигании мусора).

     6. Выбросы предприятиями различных  газов.

     7. Сжигание топлива в факельных  печах, в результате чего образуется  самый массовый загрязнитель — монооксид углерода.

     8. Сжигание топлива в котлах  и двигателях транспортных средств,  сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

     9. Вентиляционные выбросы (шахтные  стволы).

     10. Вентиляционные выбросы с чрезмерной  концентрацией озона из помещений  с установками высоких энергий  (ускорители, ультрафиолетовые источники  и атомные реакторы) при ПДК  в рабочих помещениях 0,1 мг/м3.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     132. Цели и задачи рационального  управления природными ресурсами.

     Природные ресурсы – важнейшие компоненты окружающей человечество среды, используемые для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества. Они весьма разнообразны, как и возможности их использования человеком.

     Природопользование  принимает различные формы в зависимости от типов природных ресурсов: расходуемых (энергетические, сырьевые, пищевые, генофонд) и ресурсов среды (условия труда, отдыха и здоровья). Подходы к управлению промысловыми популяциями. Любая эксплуатируемая популяция характеризуется определенной продуктивностью, производимой в единицу времени новой биомассой. При такой эксплуатации человек изымает часть биомассы в виде урожая, представляющего собой ту или иную долю биопродукции. Наличие внутривидовой или межвидовой конкуренции, воздействия неблагоприятных условий внешней среды и других факторов могут снижать продукцию (естественный прирост). И разница между ней и урожаем может заметно сократиться или даже стать отрицательной. В последнем случае изъятие будет превышать естественный прирост биомассы популяции.

     Разумный  подход к использованию биологических ресурсов состоит:

     • в поддержании продуктивности популяции  на максимально высоком уровне;

     • сборе урожая, величина которого максимально близка к производимой популяцией продукции.

     Такое регулирование предполагает глубокое знание экологии эксплуатируемой популяции, выработку и соблюдение норм и правил ее использования. Существуют всего три пути, по которым может осуществляться управление продуктивностью популяции. Это – рождаемость, смертность, скорость роста особей. Все эти характеристики находятся под влиянием многих факторов: пищевых ресурсов, состояния климата и почв, наличия влаги, света, тепла, степени плотности популяции, взаимодействия с другими видами, наличия паразитов, болезней и прочего. Поддерживая благоприятные условия и подавляя отрицательные воздействия, человек может регулировать продуцирование (нарастание) биомассы, добиваясь максимальной скорости этого процесса. Изменяя интенсивность изъятия биомассы (то есть величину собираемого урожая), человек может оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на популяцию в биогеоценозе. Речь в данном случае идет о формировании такой стратегии развития человеческого общества, которая позволяет гармонично сочетать его потребности с возможностями сохранения нормального функционирования биосферы. Это означает не только широкое распространение производственных способов (технологий) сбережения энергии и ресурсов, но и изменение характера потребностей людей, их потребительских идеалов.

     Для сознательного и квалифицированного управления экономикой и природопользованием необходимо:

     1) определить цели управления;

     2) разработать программу их достижения;

     3) создать механизмы реализации  поставленных задач.

     Общая задача рационального управления природными ресурсами состоит в нахождении наилучших (по определенным критериям) или оптимальных способов эксплуатации естественных и искусственных (например, сельскохозяйственных) экосистем. Основными принципами рационального природопользования являются изучение, охрана, освоение и преобразование природной среды.  
 
 
 
 
 
 
 
 

     149. Особенности современного экономического механизма охраны окружающей среды.

     Сейчас  в России создан и функционирует экономический механизм охраны окружающей природной среды, ориентированный на рыночную экономику, а точнее, соответствующий критериям переходного периода к ней. Его главная особенность - ориентация не на плановое централизованное финансирование из государственного бюджета, а в основном на экономические методы регулирования.

     Новая структура экономического механизма сочетает как ранее действовавшие нормы (природоресурсные кадастры, материально-техническое обеспечение и др.), так и новые экономические стимулы (экологические фонды, плата за пользование природными ресурсами, экологическое страхование и др.).

     Созданию  экономического механизма охраны окружающей среды значительное внимание уделено в Законе "Об охране окружающей среды". Основными методами этого механизма  являются:

     разработка  государственных прогнозов социально-экономического развития на основе экологических прогнозов;

     разработка  федеральных программ в области  экологического развития РФ и целевых  программ в области охраны окружающей среды субъектов РФ;

     разработка  и проведение мероприятий по охране окружающей среды в целях предотвращения причинения вреда окружающей среде;

     установление  платы за негативное воздействие  на окружающую среду;

     установление  лимитов на выбросы и сбросы загрязняющих веществ и микроорганизмов, лимитов  на размещение отходов производства и потребления и другие виды негативного воздействия на окружающую среду;

     проведение  экономической оценки природных  объектов и природно-антропогенных  объектов;

     проведение  экономической оценки воздействия  хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду;

     предоставление  налоговых и иных льгот при  внедрении наилучших существующих технологий, нетрадиционных видов энергии, использовании вторичных ресурсов и переработке отходов, а также  при осуществлении иных эффективных  мер по охране окружающей среды в  соответствии с законодательством РФ;

     поддержка предпринимательской, инновационной  и иной деятельности (в том числе  экологического страхования), направленной на охрану окружающей среды;

     возмещение  в установленном порядке вреда  окружающей среде;

     иные  методы экономического регулирования  по совершенствованию и эффективному осуществлению охраны окружающей среды.

     Платность является одним из основных принципов  природопользования.

     Таким образом, к элементам экономического механизма природопользования и охраны окружающей среды относятся прежде всего:

     планирование  природопользования и охраны окружающей среды;

     финансирование  охраны окружающей среды;

     платежи за пользование землей, недрами, водами, другими природными ресурсами и за загрязнение окружающей среды;

     внебюджетные  экологические фонды, правовое регулирование  их формирования и использования;

     экологическое страхование;

     налоговые и кредитные льготы, иные поощрительные  меры в сфере природопользования и охраны природы.

     В конечном счете, задача экономического механизма охраны окружающей среды заключается в том, чтобы обеспечить с помощью экономических мер достижение целей экологической политики государства, определяемой законодательством, другими нормативными правовыми актами и иными документами. Эта задача будет решена тем успешнее, чем оптимальнее будут урегулированы и реализованы отдельные элементы экономического механизма.

     160. Задача « расчёт платы за  сбросы загрязняющих веществ в водные объекты».

   Условия задачи. Предприятие производит сброс сточных вод в реку, имеющую рыбохозяйственное назначение. Объем сброса составляет Q = 1000 м³/сут; концентрация нормативная С_и равна предельно-допустимой концентрации. Сточные воды содержат:

   - органические вещества, характеризуемые общим показателем БПК (ПДК = 3,0);

- нефтепродукты (ПДК = 0,05);

• нитриты (ПДК = 0,02);
• нитраты (ПДК = 0,1);

• фенолы (ПДК = 0,001);

• взвешенные вещества (ПДК = 2,0).

   Задание. Рассчитайте плату, которую внесет предприятие за сброс загрязняющих веществ в реку. Платежи за загрязнение вносятся предприятием один раз в конце года.

   На  основании полученных результатов  сделайте вывод о значении платежей за загрязнения и зависимости размера платежей от количества загрязняющих веществ.

   На  основании полученных результатов  сделайте вывод о значении платежей за загрязнения и зависимости размера платежей от количества загрязняющих веществ.

   Расчет  платежей за сброс органических веществ, характеризуемых общим показателем БПК, производится следующим образом:

   1. Рассчитаем массу вещества М_ф, сбрасываемую за год:

,

г/м³= 10,95 т/год.

   2. Рассчитаем массу вещества М_н, сбрасываемого в пределах ПДК:

,

Г/м³ = 1,095 т/г.

   3. Найдем лимитную массу М_л (объем сброса в пределах лимита), которая устанавливается местными природоохранными организациями на основании документов, подтверждающих внесение платежей за предыдущий год.

   Поскольку количество нормативных загрязнений  входит в лимит, лимитная масса рассчитывается как разница сверхлимитной и нормативной концентраций, умноженная на объем:

,

 г/м³ = 2,555т/год.

4. Масса загрязняющих веществ М_сл, сбрасываемая сверх уста- 
новленных нормативов и лимитов, рассчитывается как разность между фактически сбрасываемой массой и массой нормативной и лимитной:

,

т/год.

   5. Рассчитаем плату П_н, осуществляемую за сбросы загрязняющих веществ в пределах предельно-допустимых нормативов сбросов (включается в себестоимость):

,

 руб.

   6. Плату П_л, осуществляемую за сбросы загрязняющих веществ 
в пределах согласованных лимитов сбросов, найдем по формуле

,

руб.

   7. Плату П_сл, осуществляемую за сбросы загрязняющих веществ 
сверх нормативов и согласованных лимитов сбросов (удерживается из прибыли), рассчитаем следующим образом:

,

руб.

   8. Плату, осуществляемую предприятием за отдельное загрязнение за год, найдем, используя формулу:

;

где к_э — коэффициент экологической ситуации, равный 1,0; к_с — коэффициент, учитывающий месторасположение объекта, для районов Крайнего Севера к_с = 2,0.