Законы экологии Б. Коммонера

Контрольный вопрос №5.

Законы экологии Б. Коммонера.

Замечательный американский эколог Барри Коммонер является автором  ряда книг и известным социальным и политическим активистом. Коммонер родился в 1917 году. Он учился в Гарвардском  университете и получил степень  доктора в области биологии в 1941 году. Основной темы своей работы, Коммонер как биолог, избрал -- проблему разрушение озонового слоя. Он же и  открыл 4 экологических закона.

1. Все связано со всем

Первый закон (все связано  со всем) обращает внимание на всеобщую связь процессов и явлений  в природе. Этот закон является узловым  положением в природопользовании и  свидетельствует, что даже небольшие  изменения человеком в одной  экосистеме могут привести к большим  отрицательным последствиям в других экосистемах. Первый закон называется также законом внутреннего динамического  равновесия. Например, вырубка лесов  и последующее уменьшение свободного кислорода, а также выбросы в  атмосферу оксида азота и фреона привели к истощению озонового  слоя в атмосфере, что, в свою очередь, увеличило интенсивность ультрафиолетового  излучения, достигающего земли и  губительно действующего на живые организмы. Известна притча о Дарвине, который  на вопрос своих земляков о том, что  им делать для увеличения урожая гречихи, ответил: «Разведите кошек». И напрасно крестьяне обиделись. Дарвин, зная, что в природе «все связано  со всем», рассудил так - кошки переловят  всех мышей, мыши перестанут разорять гнезда шмелей, шмели будут опылять  гречиху и крестьяне получат  хороший ее урожай.

2. Все должно куда-то  деваться

Второй закон (все должно куда-то деваться) базируется на результатах  возникновения и развития жизни  на земле, на естественном отборе в  процессе эволюции жизни. Он связан с  биотическим (биологическим) круговоротом: продуценты - консументы - редуценты. Так, для любого органического вещества, вырабатываемого организмами, в природе существует фермент, способный это вещество разложить. В природе ни одно органическое вещество не будет синтезировано, если нет средств для его разложения. В этом круговороте непрерывно, циклично, но неравномерно во времени и пространстве происходит перераспределение вещества, энергии и информации, сопровождающееся потерями.

Вопреки этому закону человек  создал (и продолжает создавать) химические соединения, которые, попадая в природную  среду, не разлагаются, накапливаются  и загрязняют ее (полиэтилен, ДДТ  и др.). То есть биосфера не работает по принципу безотходности, в ней  всегда накапливаются выбывающие из биотического круговорота вещества, формирующие осадочные породы. Отсюда вытекает следствие: абсолютно безотходное  производство невозможно. Поэтому мы можем рассчитывать только на малоотходное производство. Действие этого закона - одна из главных причин кризиса  окружающей среды. Огромные количества вещества, например, нефти и руды извлечены из земли, преобразованы  в новые соединения и рассеяны в окружающей среде.

 В связи с этим  при развитии технологий необходимы: а) малая энерго- и ресурсоемкость, б) создание производства, в котором отходы одного производства являются сырьем другого производства, в) организация разумного захоронения неминуемых отходов. Этот закон предупреждает нас о необходимости разумного преобразования природных систем (строительство плотин, переброска стока рек, мелиорация и многое другое).

3. Природа «знает» лучше

В третьем законе (природа  «знает» лучше) Коммонер говорит  о том, что, пока нет абсолютно  достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, незнакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко  вредим природным системам, пытаясь  их улучшить. Он призывает к предельной осторожности. Преобразование природы  пагубно экономически и опасно экологически. В конечном итоге могут быть созданы  условия, не пригодные для жизнедеятельности. Существующее мнение об улучшении природы  без указания экологического критерия улучшения лишено всякого смысла. Иллюстрацией третьего «закона» экологии может служить то, что один лишь математический расчет параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей  планеты как твердого тела. (Потенциально осуществимое разнообразие природы  оценивается числами с порядком от 101000до 1050 при пока не осуществленном быстродействии ЭВМ - 10'° операций в  сек. -- и работе невероятного числа (1050) машин операция вычисления одномоментной  задачи варианта из 1050 разностей займет 1030 с, или 3х1021 лет, что почти в 1012 раз дольше существования жизни  на Земле). Природа пока «знает» лучше  нас.

Можно привести примеры об отстреле в свое время волков, которые  оказались «санитарами леса», или  об уничтожении в Китае воробьев, которые якобы губят посевы, но никто не подумал, что посевы без птиц будут погублены вредными насекомыми.

4. Ничто не дается даром

Четвертый закон (ничто не дается даром) имеет еще трактовку  «за все нужно платить». Этот закон  Коммонера вновь касается тех  проблем, которые обобщает закон  внутреннего динамического равновесия и закон развития природной системы  за счет окружающей ее среды. Глобальная экологическая система, т. е. биосфера, представляет собой единое целое, в  рамках которого любой выигрыш сопряжен с потерями, но, с другой стороны, все, что извлечено из природы, должно быть возмещено. Коммонер так разъясняет свой четвертый «закон» экологии: «...глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или  потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа  по этому векселю нельзя избежать: он может быть только отсрочен». Например, при выращивании зерна, овощей мы извлекаем из пашни химические элементы (азот, фосфор, калий и др.), и если в нее не вносить удобрения, то урожай постепенно начинает снижаться.

Контрольный вопрос №15

Последствия промышленного  загрязнения окружающей среды.

Во все времена человек  стремился к улучшению качества жизни, что побуждало его использовать все новые и новейшие технологии. Двадцатый век стал отправной  точкой мощного подъема развития и роста промышленного производства. Возникновение огромных мегаполисов, которые быстрыми темпами росли  и развивались, не могли не вселять  всеобщую радость и гордость за достижение человеческой мысли.

Разве кто-нибудь мог тогда  предположить,  чем обернется  для человечества то, что  до недавнего  времени называлось прогрессом. Все  труднее человеку удается добыть качественные, здоровые продукты питания, природную чистую ключевую воду. Жители планеты теряют самое ценное –  здоровье!

В наше время промышленное загрязнение окружающей среды напрямую связано с развитием и ростом химического производства. Катастрофическими  темпами происходит загрязнение  промышленными отходами.

Химическое  загрязнение атмосферы

Основными источниками, из которых  осуществляется химическое загрязнение  атмосферы, являются металлургическая и химическая промышленность, отопительные системы (тепловые электростанции, котельные  установки), транспорт. Вместе с дымом  теплоэлектростанции выбрасывают  в воздух углекислый и сернистый  газ.

В современных условиях пальму первенства в вопросах ухудшения  качества воздуха удерживает промышленное загрязнение. Ежегодно в атмосферу  выбрасываются миллионы тонн вредных  веществ, которые при взаимодействии образуют новые элементы. Так сернистый  газ, окисляясь, образует серный ангидрид, а взаимодействуя с аммиаком, превращается в кристаллы сульфата аммония. При  соединении серного ангидрида с  парами воды, образуется серная кислота. Таким образом, происходят различные  химические, фотохимические, физико-химические реакции между составляющими  атмосферы и элементами загрязняющих веществ, многократно усиливая химическое загрязнение окружающей среды.

Отходы металлургии –  это также такие химические элементы, как оксиды азота, аммиак, сероводород, хлор, фтор, а также  соединения фосфата, ртути и мышьяка.

Загрязнение химическими  веществами озонного слоя Земли и  его разрушение происходит в результате сжигания промышленных и бытовых  отходов, отопления жилых помещений, транспортных выхлопных газов, промышленного  сжигания топлива.

Не стоит недооценивать  и аэрозольное загрязнение атмосферы. Основным его источником являются ТЭС, обогатительные фабрики,  металлургические предприятия, сажевые, магнезитовые и  цементные заводы. Выброс пыли измеряется миллионами тонн в год! Так, сжигание каменного угля дает 93.6 млн.т. пыли, производство цемента – 53,37млн.т.,  а выплавка чугуна образует 20.21млн.т. вредоносных частиц.

Проблемы химической промышленности заключаются в невозможности  эффективно контролировать выброс в  атмосферу загрязняющих веществ. Существуют нормы, определяющие предельно допустимую концентрацию (ПДК) воздуха для нормальной жизнедеятельности человека. Но до настоящего времени снижение выбросов многих вредных веществ остается практически нерешенной проблемой.

Как правило, эта проблема затрагивает города, где сосредоточены  промышленные предприятия различных  отраслей, а также растущие населенные пункты.

Последствия загрязнения  атмосферы очевидны: образование  озоновых дыр, возникновение парникового  эффекта, рост процента тяжелых заболеваний, спровоцированных выбросами. Среди  них раковые опухоли, всевозможные аллергии, астматический синдром, нарушение  сердечнососудистой деятельности, общее  понижение иммунитета.

Химическое  загрязнение воды

Формирование поверхностного и подземного стока воды зависит  не только от разнообразных природных  явлений, но и результатов бытовой  и хозяйственной  деятельности человека, а также промышленного и коммунального  строительства, индустрии, транспорта. Как следствие - химическое загрязнение  воды, ухудшение качества воды из-за вредных примесей, содержащихся в  ней как органической природы (пестициды, органические остатки, нефть и нефтепродукты), так и неорганической (кислоты, щелочи, минеральные соли, глинистые частицы).

Основными неорганическими  загрязнителями морских и пресных  водных бассейнов являются соединения свинца, ртути, кадмия, мышьяка, меди, хрома, фтора. Тяжелые металлы поглощаются планктоном и по пищевой цепочке поступают на стол потребителя.

Органическое загрязнение  океана сточными водами составляет 300-380млн.т./год. Растворенное органическое вещество пагубно  влияет на состояние водоемов, убивая микроорганизмы, способствующие процессу самоочищения воды. В частности, образование  сероводорода происходит путем загнивания донных осадков органических веществ, что приводит к полному загрязнению  водоема.

Снижение содержания в  воде кислорода происходит из-за поверхностно активных веществ. Это масла, жиры, смазочные  материалы. На поверхности воды образуется пленка, которая препятствует газообмену между молекулами воды и атмосферой. Причина тому - нефть и нефтепродукты. Ужасающие последствия загрязнения  окружающей среды провоцирует слив танкерами за борт балластных и промывочных  вод, а также потери нефти при  транспортировке и аварийных  ситуациях.

Разрушительным для экологии является захоронение в море различных  материалов и веществ: бурового шлака,  отходов промышленности и строительства, взрывчатых и радиоактивных отходов  наносит непоправимый ущерб экосистеме. Только бытовой мусор содержит в  среднем 38% органических веществ, 0.167% цинка,  0.091 свинца, 0.63% азота, 0.51%фосфора, 0.002%кадмия, 0.001% ртути.

Отходы производства пестицидов загрязняют сточные воды, и как  следствие отравляют почвенный  покров земли. Эти вещества - искусственно созданные вещества для борьбы с  болезнями растений и вредителями. Однако их использование наносит  вред многим полезным  организмам.

Химическое загрязнение  почвы пестицидами приковывает  внимание ученых к поиску возможных  путей ее обезвреживания химическими  и биологическими способами. Необходимо ускорить переход  от применения химических методов борьбы с вредителями, к  биологическим методам. Эти препараты  должны обладать небольшой продолжительностью жизни, т.е. большой скоростью деструкции (недели, месяцы). Уже достигнуты определенные успехи, но решение проблемы  остается насущной.

Химическое  загрязнение поверхностного слоя земли

На сегодняшний день существует глобальная проблема, решение которой  не терпит отлагательства. Это повышение  кислотности атмосферных осадков  и поверхностного покрова. Причиной являются кислотные дожди. Они возникают  при взаимодействии окислов серы, углерода, азота с водой.  Превращаясь  в растворы смеси азотистой, азотной, сернистой, серной и угольной кислот, выпадают в виде осадков на сушу, пагубно воздействуя на растения, почву, воду. Главным источником вредных  компонентов является сжигание сланцев, угля, нефти, газа, а также хозяйственная  деятельность человека.

Снова и снова мы обсуждаем  последствия экологического загрязнения. Воздействие технического прогресса  на окружающую среду человека приняло  угрожающие масштабы! Но не следует  забывать о том, что Природа, Земля  дана человечеству во временное пользование. И если каждый человек отнесется  к проблеме осознанно, все еще  может получиться. Каждый житель планеты  обязан помнить:  «Химическое загрязнение  биосферы! Опасно для жизни!» Работа с экологическим самосознанием  человека должна проникнуть в разные сферы деятельности – школьное обучение, бизнес образование, СМИ. Только добрая воля и действенная технологическая  защита от промышленного загрязнения  могут спасти нашу планету.

Контрольный вопрос №25

Экологические последствия  радиоактивных загрязнений.

В середине 20 века в эксплуатацию были приняты ядерные реакторы, атомные  бомбы и всевозможные устройства, повышающие естественный радиоактивный  фон Земли. В погоне за мировым  господством, по беспечной глупости, или по незнанию свойств и последствий  небрежного обращения с радиоактивными отходами, человечество рискует привести в действие необратимые процессы в биосфере, способные разрушить  хрупкий баланс в природе, сделать  непригодными запасы питьевой воды…

В разнообразных существующих в наше время хранилищах, могильниках  и захоронениях уже сегодня хранится колоссальное количество отходов с  ужасающей суммарной активностью, грозящих при неправильном подходе  проникнуть в грунтовые воды, и  вылиться в новые масштабы экологической  катастрофы.

В разнообразных существующих в наше время хранилищах, могильниках  и захоронениях уже сегодня хранится колоссальное количество отходов с  ужасающей суммарной активностью, грозящих при неправильном подходе  проникнуть в грунтовые воды, и  вылиться в новые масштабы экологической  катастрофы.

Радиационное  загрязнение

Техногенные добавки к  радиационному фону. Научные открытия и развитие физико-химических технологий в 20 веке привели к появлению искусственных  источников радиации, представляющих большую потенциальную опасность  для человечества и всей экосферы. Этот потенциал на много порядков больше естественного радиационного фона, к которому адаптирована вся живая природа.

Фон обусловлен рассеянной радиоактивностью земной коры, проникающим  космическим излучением, потребление  с пищей биогенных радионуклидов  и составлял в недавнем прошлом 8-9 микрорентген в час (мкР/ч), что соответствует среднегодовой эффективной дозе для жителя Земли в 2 миллизиверта (мЗв). (Сведения об единицах измерения доз облучения приведены в приложении П4). Рассеянная радиоактивность обусловлена наличием в среде следовых количеств природных радиоизотопов с периодом полураспада (Т1/2) более 105 лет (в основном урана и тория), а также радием, радоном и радиоактивными изотопами калия и углерода. Газ радон дает в среднем от 30 до 50% естественного фона облучения наземной биоты. Из-за неравномерности распределения источников излучения в земной коре существуют некоторые региональные различия фона и его локальные аномалии.

Указанный уровень фона был  характерен для доиндустриальной эпохи  и в настоящее время несколько  повышен техногенными источниками  радиоактивности - в среднем до 11-12 мкР/ч при среднегодовой ЭЭД в 2,5 мЗв. Эту прибавку обусловили:

• технические источники проникающей радиации (медицинская диагностическая и терапевтическая аппаратура, радиационная дефектоскопия, источники сигнальной индикации и т.п.);
• извлекаемые из недр минералы, топливо и вода;
• ядерные реакции в энергетике и ядерно-топливном цикле;
• испытание и применение ядерного оружия. 

Деятельность человека в  несколько раз увеличила число  присутствующих в среде радионуклидов  и на несколько порядков - их массу  на поверхности планеты. Главную  радиационную опасность представляют запасы ядерного оружия, топлива и  радиоактивные осадки, которые образовались в результате ядерных взрывов  или аварий и утечек в ядерно-топливном  цикле - от добычи и обогащения урановой руды до захоронений отходов. В мире накоплены десятки тысяч тонн расщепляющихся материалов, обладающих колоссальной суммарной активностью.

Контрольный вопрос №35

Методы контроля качества воды.

Контроль требований к  нормируемым показателям качества воды в водоемах осуществляется периодическим  отбором и анализом проб воды из поверхностных водоемов. Согласно ГОСТ 2874−82 анализ проб из поверхностных  вод источников водоснабжения отбирают не реже 1 раза в месяц.

Количество проб и места  их отбора определяют в соответствии с гидрологическими и санитарными  характеристиками водоема и согласовывают  с местными органами санитарно-эпидемиологической службы (СЭС). При этом считается  обязательным отбор непосредственно  в месте водозабора и на расстоянии 1 км выше по течению рек и каналов, а для озер и водохранилищ —  на расстоянии 1 км от водозабора в 2-х  диаметрально расположенных точках.

В настоящее время наряду с анализом проб воды в лабораториях используют автоматические станции  контроля качества воды, которые могут  одновременно измерять 8−10 показателей  качества воды: концентрацию растворенного  кислорода, электрическую проводимость, рН, температуру, уровень воды в водоеме, концентрацию взвешенных веществ, концентрацию меди и т.д.

На очистных сооружениях  машиностроительных предприятий осуществляют контроль состава исходных и очищенных  сточных вод, а также контроль эффективности работы очистных сооружений.

Контроль состава исходных и очищенных сточных вод осуществляют один раз в 10 дней. Анализ следует  проводить не позднее, чем через 12 часов после отбора пробы. Контроль состава сточных вод заключается  в измерении:

• органолептических показателей воды (запах, цвет, мутность );
• содержания грубодисперсных взвешенных веществ (массовая концентрация и фракционный состав);
• химического потребления кислорода (ХПК);
• количества растворенного в воде кислорода;
• биохимического потребления кислорода (ВПК);
• концентрации вредных веществ, для которых существуют нормируемые значения ПДК;
• рН среды.

Под ХПК понимается величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей, реагирующих  с сильными окислителями. Выражается ХПК количеством кислорода, необходимого для окисления всех содержащихся в воде восстановителей. На практике окисление пробы сточной воды проводят бихроматом калия в серной кислоте по специальной методике.

Содержание растворенного  кислорода измеряют после заключительного  процесса очистки непосредственно  перед сбросом воды в водоемы. Это необходимо знать для оценки коррозионных свойств воды, а также  для вычисления БПК. Концентрацию растворенного  в воде кислорода определяют, либо используя иодометрический метод Винклера, либо отечественные ЭГ-152−03, АКП-100,1, «Оксиметр». Под БПК подразумевается количество кислорода (в миллиграммах), необходимое для окисления в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов органических веществ, со­держащихся в 1л сточной воды. Определение БПК производят на основе анализа изменения количества растворенного кислорода с течением времени. На практике обычно используют пятисуточное БПК — БПК5.

Измерение концентрации вредных  веществ, для которых установлены  ПДК, проводят на различных ступенях технологической схемы очистки, в том числе перед выпуском сточной воды в водоем. Для этих целей используют газовые и жидкостные хроматографы, фотоэлектроколориметры, химические методы.

ЗАДАЧА

РЕГЛАМЕНТИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ

1. Установим единый «потолок»  для каждого предприятия, равный 20 тыс.т. Тогда для 3-го предприятия отпадает необходимость устранять выбросы, у 2-го и 3-го соответственно лишними будут 25 и 30 тыс. т.

Допустимый выброс : 90 тыс.т/год.

Стоимость их устранения составит:

25000 х 15+ 30000 х 10= 675000 руб/т.

2. Снизим выбросы на одинаковую  долю, еѐ надо подобрать экспериментально в каждом конкретном варианте. В данном случае при излишке в 55 тыс.т у трех предприятий это составит примерно 1/2 существующих выбросов (от 120 тыс.т). Издержки по устранению выбросов:

1/2 (40 000х10 + 40 000х15+ 40 000х20)= 9 000 000 руб/т.

3. Снизим выбросы на одинаковую  величину — на 10 тыс.т на каждом предприятии:

10 000 х  10+ 10 000 х 15+ 10 000 х 20 = 450 000 руб/т.

4. Рассмотрим возможность сокращения  выбросов путем минимизации совокупных  затрат, ограничивая издержки.

Дешевле всего устранить выбросы  на первом предприятии, так как удельные издержки составляют 10 руб за 1 т. Но при полном устранении выбросов на нем (40 тыс.т) необходимо уловить еще 10 тыс. т из оставшихся на втором и третьем предприятиях. Дешевле издержки на втором предприятии, у которого мы и уловим оставшиеся 10 тыс.т

40 000 х 5+ 40 000 х 10= 600 000 руб/т.

Таким образом, последний  вариант устранения выбросов экономически более целесообразный          и дешевый.