Круговорот веществ

Оглавление

23.Биотический (биологический)  круговорот веществ. Передача вещества и энергии в экосистемах. Превращения вещества и энергии в биотическом круговороте веществ.

  Биотический (биологический) круговорот…………………………………….3 

66. Понятие  «качество окружающей среды».  Характеристика санитарно-гигиенических   нормативов водной и почвенной  сред…………………………..7

87. Международное  сотрудничество в области охраны  окружающей среды. Международные  организации (межправительственные  и неправительственные)……………………………………………………………12

Литература……………………………………………………………………….17

  23.Биотический (биологический)  круговорот веществ. Передача вещества и энергии в экосистемах. Превращения вещества и энергии в биотическом круговороте веществ.

  Биотический (биологический) круговорот.

  Под биотическим (биологическим) круговоротом понимается циркуляция веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами (рис. 12.10). По определению Н. П. Ремезова, Л. Е. Родина и Н. И. Базилевич, биотический (биологический) круговорот — это поступление химических элементов из почвы, воды и атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения и возвращение их обратно в процессе жизнедеятельности с ежегодным опадом части органического вещества или с полностью отмершими организмами, входящими в состав экосистемы (Н. Ф. Реймерс, 1990). 
 

Биотический (биологический) круговорот веществ  
 в экосистеме (по А. И. Воронцову, Н. 3. Харитоновой, 1979) 
 
  Структурные циклы биотического круговорота  
(по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994) 
Пояснения: внутреннее малое кольцо — первичный биотический круговорот с участием примитивных продуцентов (П) и редуцентов-деструкторов (Д); Р — растения; Т — первичные консументы (растительноядные животные); X, и X, — вторичные и третичные консументы (хищники). Все циклы замыкаются редуцентами 
Первичный биотический круговорот по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (1994) состоял из примитивных одноклеточных продуцентов (П) и редуцентов-деструкторов (Д). Микроорганизмы способны быстро размножаться и приспосабливаться к разным условиям, например, использовать в своем питании всевозможные субстраты — источники углерода. Высшие организмы такими способностями не обладают. В целостных экосистемах они могут существовать в виде надстройки на фундаменте микроорганизмов. 
Вначале развиваются многоклеточные растения (Р) — высшие продуценты.  
Все организмы занимают определенное место в биотическом круговороте и выполняют свои функции по трансформации достающихся им ветвей потока энергии и по передаче биомассы. Всех объединяет, обезличивает их вещества и замыкает общий круг система одноклеточных редуцентов (деструкторов). В абиотическую среду биосферы они возвращают все элементы, необходимые для новых и новых оборотов. 
  Следует подчеркнуть наиболее важные особенности биотического круговорота. 
Фотосинтез относится к мощному естественному процессу, вовлекающему ежегодно в круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющему ее высокий кислородный потенциал. Он выступает регулятором основных геохимических процессов в биосфере и фактором, определяющим наличие свободной энергии верхних оболочек земного шара. Фотосинтез представляет собой химическую реакцию, которая протекает, как известно, за счет солнечной энергии при участии хлорофилла зеленых растений: nCO2 + nH2О + энергия СnH2nOn + nO2 
   За счет углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород.  
Глюкоза является простейшим продуктом фотосинтеза, образование которой совершается следующим путем: 6СО2 + 6Н2O  С6Н12O6 + 6O2. 
Помимо фотосинтеза с участием кислорода (так называемый кислородный фотосинтез) следует остановиться и на бескислородном фотосинтезе, или хемосинтезе .К хемосинтезирующим организмам относятся нитрификато-ры, карбоксидобактерии, серобактерии, тионовые железобактерии, водородные бактерии. гидротермальных источников. 
 

Схема фотосинтеза  у растений, водорослей и бактерий 
 
   Фотосинтез происходит за немногим исключением на всей поверхности Земли, создает огромный геохимический эффект и может быть выражен как количество всей массы углерода, вовлекаемой ежегодно в построение органического — живого вещества всей биосферы. В общий круговорот материи, связанной с построением путем фотосинтеза органического вещества, вовлекаются и такие химические элементы, как N, P, S, а также металлы — К, Са, Mg, Na, Al.    

 Первая функция — газовая. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы являются продуктами разложения органических веществ растительного происхождения, захороненных ранее в осадочных толщах. Наиболее распространенный — это болотный газ — метан (СН4,).

  Вторая функция — концентрационная. Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. Среди них на первом месте стоит углерод. Содержание углерода в углях по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефть — концентратор углерода и водорода, так как имеет биогенное происхождение. Среди металлов по концентрации первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены остатками животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода — водоросли ламинарии, железа и марганца — особые бактерии. Позвоночными животными накапливается фосфор, сосредотачиваясь в их костях. 
   Третья функция — окислительно-восстановительная. В истории многих химических элементов с переменной валентностью она играет важную роль. Организмы, обитающие в разных водоемах, в процессе своей жизнедеятельности и после гибели регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения или же осаждения ряда металлов с переменной валентностью (V, Mn, Fe). 
Четвертая функция — биохимическая. Она связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов, «расползанию» живого вещества в разные географические области.

   Пятая функция — это биогеохимическая деятельность человечества, охватывающая все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Данная функция занимает особое место в истории земного шара и заслуживает внимательного отношения и изучения. Таким образом, все живое население нашей планеты — живое вещество — находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов. Биологический круговорот веществ в биосфере связан с большим геологическим круговоротом 

Взаимосвязь малого биологического круговорота 
 веществ в биосфере с большим геологическим круговоротом 
 
Поскольку речь идет о колоссальном числе индивидуальных участников этих процессов, которые не сопряжены жесткими функциональными связями, то пригнанность компонентов биотического круговорота — явление совершенно исключительное.

  Биологический круговорот различается в разных природных зонах и классифицируется по комплексу показателей: биомассе растениq, опаду, подстилке, количеству закрепленных в биомаcсе элементов и т. д.  
 

  66. Понятие «качество окружающей среды».  Характеристика санитарно-гигиенических нормативов водной и почвенной сред.

Качества окружающей среды устанавливают юридически обязательные предельные уровни загрязнения или неблагоприятных воздействий, которые не должны превышаться в данной среде или ее компонентах. Эти стандарты были впервые использованы в США в начале 70-х годов в Федеральных законах о качестве воздуха и о качестве вод. В соответствии с Законом 1970 г. о чистом воздухе стандарты вводятся на уровне штатов в планах мероприятий по соблюдению национальных стандартов качества воздуха (НСКВ) и распространяются на действующие и новые источники загрязнения воздуха. В поправках 1977 г. к этому закону НСКВ подразделяются на первичные и вторичные.

Нормативы качества воды. Пресные водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т. д. Общие условия выпуска сточных вод. Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1км в обе стороны от пункта водопользования. Большое внимание уделяется вопросам предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей. Нормативы качества морской воды, которые должны быть обеспечены при спуске сточных вод, относятся к району водопользования в отведенных границах и к створам на расстоянии 300 м в стороны от этих границ. При использовании прибрежных районов морей в качестве приемника производственных сточных вод содержание вредных веществ в море не должно превышать ПДК, установленные по санитарно-токсикологическому, общесанитарном и органолептическому лимитирующим показателям вредности. При этом требования к спуску сточных вод дифференцированы применительно к характеру водопользования. Море рассматривается не как источник водоснабжения, а как лечебный оздоровительный, культурно бытовой фактор.

   Поступающие  в реки, озера, водохранилища и  моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательно влияние на качество воды.

Самоочищение  воды водоемов - это совокупность взаимосвязанных  гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих к восстановлению первоначального состояния водного  объекта. В связи с тем, что  в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться  специфические загрязнения, их спуск  в городскую водоотводящую сеть ограничен рядом требований. Выпускаемые в водоотводящую сеть производственные сточные воды не должны: нарушать работу сетей и сооружений; оказывать разрушающего воздействия на материал труб и элементы очистных сооружений; содержать более 500мг/л взвешенных и всплывающих веществ; содержать вещества, способные засорять сети или отлагаться на стенках труб; содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси; содержать вредные вещества, препятствующие биологической очистке сточных вод или сбросу в водоем; иметь температуру выше 40 С. Производственные сточные воды, не удовлетворяющие этим требованиям, должны предварительно очищаться и лишь после этого сбрасываться в городскую водоотводящую сеть.Современное направление исследований в области технологии очистки сточных вод слагается из разработки принципиально новых методов глубокой очистки с использованием химических и физико-химических способов и сочетания этих методов с биологической очисткой и доочисткой с целью повышения эффективности удаления загрязнений. Такая технология позволяет решить проблему рационального использования ресурсов путем перехода на малоотходные и безотходные процессы и создания замкнутых систем технического водоснабжения. Повторное использование водных ресурсов имеет большое значение не только из-за их дефицита, но и в связи с необходимостью защиты окружающей среды.

В РФ разработаны  и научно обоснованы нормативы качества воды, подаваемой в системы водоснабжения  газоочисток металлургических агрегатов  и станов горячей прокатки, по таким  основным показателям, как температура, концентрация и гранулометрический состав взвешенных веществ, содержание масел, общее количество и состав солей. Допустимая концентрация взвешенных веществ в оборотной воде систем водоснабжения газоочисток всех металлургических агрегатов может составлять 300 мг/л в отличие от ранее нормируемой концентрации 150 мг/л, увеличение содержания солей в этих системах до 30 г/л позволяет снизить скорость коррозии трубопроводов и оборудования. В Великобритании повторно используемая вода после очистки должна содержать 200—1000 мг/л солей или менее 175 мг/л растворенных хлоридов. По мнению исследователей, оборотное водоснабжение целесообразно осуществлять в системах обогащения руд, очистки отходящих газов доменных печей, аглофабрик, кислородных конвертеров и на станах горячей прокатки. В настоящее время в этих переделах расходуется 95% золы, непосредственно контактирующей с загрязнениями и нуждающейся в очистке. Системы очистки в Великобритании не унифицированы, но обычно состоят из отстойников, сгустителей и аппаратуры для обезвоживания и возврата очищенной воды.

Широко исследуются  химические и физико-химические процессы очистки промышленных сточных вод  от органических и минеральных примесей. В доменных цехах США для разрушения цианидов и фенолов применяют  хлориды щелочных металлов, в ряде стран Европы и в Японии — полифосфаты, значительно увеличивающие эффективность  осветления (до 1—2 мг/л остаточной загрязненности), способствующие разрушению цианидов, предотвращающие коррозию и образование  отложений.

Новый химический метод очистки, разработанный в  США, основан на восстановлении шестивалентного  хрома отработанными кислотами  с последующей нейтрализацией раствора известью с добавлением к нему активных полимеров. Отстоявшийся раствор (рН=8—9) содержит небольшие количества взвешенных частиц (не более 20 млн-1). Применяются  и другие химические методы обезвреживания стоков металлургических производств  от токсичных флотационных реагентов  и ионов тяжелых металлов. Одним  из наиболее перспективных способов извлечения металлов из сточных вод  является флотация. Флотофлокуляция с применением высокомолекулярных водорастворимых ПАВ используется для очистки сточных вод прокатных производств, пенная флотация — для очистки сточных вод различного химического состава, электролитическая флотация — для очистки от эмульсий и др. Опыт работы ряда предприятий показывает, что сочетание нескольких последовательных операций при очистке сточных вод позволяет заметно снизить их загрязненность и повысить водооборот. На металлургическом заводе «Кэйхин сэйтецудзё» (Япония), где совмещены механический и химический методы очистки сточных вод, водооборот достигает 95—96%. В целом же, в черной металлургии Японии, где расход воды составляет более 48,7 тыс. м³/сут, на долю оборотной воды приходится примерно 88,7%.

Нормативы качества почвы. Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.

Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании  органического вещества, различных  химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции  биологического поглотителя, разрушителя  и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет  разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под  влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов антропогенного воздействия  является загрязнение пестицидами.

Главными  источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей, газа в  индустрии, в сельском хозяйстве, в  быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление  в атмосферу оксилов серы, азота, сероводорода и оксида углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков, наземных и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём систематических представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.

87. Международное сотрудничество в  области охраны окружающей среды.  Международные организации (межправительственные  и неправительственные).

 
    Широкое развитие в области охраны природы получило международное сотрудничество, зародившееся более 100 лет назад. В эпоху научно-технического прогресса в решении глобальных проблем охраны природы особенно важны совместные усилия и сотрудничество всех государств независимо от их общественного строя. Равноправное и разностороннее международное сотрудничество особенно важно в решении долгосрочных программ охраны природы, таких как защита атмосферного воздуха и Мирового океана от загрязнения, регулирование использования рек, пересекающих границы, мигрирующих через государственные границы птиц, млекопитающих, рыб и др. Единство биосферы нашей планеты выдвигает много общемировых экологических проблем разного уровня, успешное решение которых возможно лишь при международном сотрудничестве. Существует две формы такого сотрудничества: межгосударственные соглашения и конвенции по вопросам охраны окружающей среды и национального использования природных ресурсов; участие в деятельности международных природоохранных организаций. Межгосударственные соглашения и конвенции чаще всего заключают между государствами, имеющими сходные физико-географические условия и общие границы. Иногда они носят глобальный характер и их заключают в рамках мирового сотрудничества.

Межгосударственные  соглашения и международные конвенции используются для координации природоохранных усилий различных стран. Партнерами в таких соглашениях обычно выступают страны-соседи или государства, объединяемые общностью интересов в сохранении природной среды региона и совместном использовании некоторых ресурсов.

История международного природоохранного сотрудничества началась с заключения соглашения по регулированию пользования и  сохранения ресурсов животного мира. В 1875 году Австро-Венгрия и Италия приняли Декларацию об охране птиц. В 1897 году Россия, Япония и США заключили соглашение о совместном использовании и охране морских котиков в Тихом океане. Первая международная конвенция была заключена некоторыми европейскими странами в 1902 году в Париже для охраны птиц, полезных в сельском хозяйстве. К сожалению, помимо указаний на охрану полезных насекомоядных птиц, в ней содержалась рекомендация уничтожать «вредных», т.е. хищных, рыбоядных, некоторых зерноядных птиц. В результате настойчивой критики она была пересмотрена. В 1950 году в Париже была подписана новая Конвенция по охране диких птиц, провозгласившая принцип защиты всех видов в природной среде обитания.

В 1959 году состоялся Международный договор  об Антарктиде, который имел важное значение для сохранения природных комплексов Антарктиды, включая ее уникальную фауну.

Традиционная  область международных соглашений – рыболовство, добыча китов и  других водных морских животных. Например, Конвенция о порядке регулирования  рыболовства в Северном море была заключена еще в 1882 году. В этой сфере действуют сейчас около 70 договоров, в том числе Конвенция о регулировании рыболовства и охране живых ресурсов открытого моря (1958), разных акваторий Атлантики и Тихого океана, Черного моря, Дуная и т.п., по сохранению живых ресурсов Юго-Восточной Атлантики (1969), атлантических тунцов (1966) и котиков северной части Тихого океана(1957), по регулированию китобойного промысла (1949) и многие другие.

Международное сотрудничество играет весомую роль в изучении и разрешении некоторых глобальных проблем охраны природы.

Организация объединенных наций (ООН) на своих сессиях  и в специализированных комитетах  неоднократно обсуждала проблему охраны природы. В 1962 году Генеральная Ассамблея ООН по предложению Монгольской Народной Республики приняла резолюцию «Экономическое развитие и охрана природы», которая во многом определила политику ООН и ее специализированных учреждений в области охраны окружающей среды на последующее десятилетие. Летом 1972 года в Стокгольме состоялась конференция ООН по вопросам окружающей человека среды. По решению этой конвенции с 1973 г. Начало действовать специализированное учреждение «Программа ООН по окружающей среде» (ЮНЕП). Программа призвана осуществлять координацию и оказывать помощь в реализации усилий государств и различных международных организаций, направленных на решение важнейших проблем охраны окружающей среды и разумного использования природных ресурсов. Одно из достижений ЮНЕП – создание всемирной системы слежения (мониторинга) за состоянием и изменениями биосферы.

В решении  проблем окружающей среды принимают  участие Всемирная метеорологическая  организация (ВМО), научный комитет  по проблемам окружающей среды (СКОПЕ) Международного совета научных союзов, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и многие другие международные  организации.

МСОП  осуществил ряд крупных мероприятий  по охране природы. Среди них –  разработка конвенций по сохранению водных и болотистых местообитаний  животных, соглашение по охране белых  медведей, создание Международной Красной  книги и многие другие.

ВВФ с целью поощрения деятельности по охране природы учредил «Золотую медаль» и «Орден золотого ковчега», которыми награждает наиболее выдающихся деятелей по охране природы. Эта организация проводит большую работу по пропаганде охраны природы путем издания газеты, книг, открыток, изготовления различных значков с изображением редких животных и т.п.

Старейшина  международного природоохранного движения, первая постоянно действующая интернациональная  организация по охране природы –  Международный совет охраны птиц (СИПО), созданный еще в 1922 году.

Помимо  названных международных организаций, создано много других, занятых  решением частных вопросов охраны природы  или объединяющих деятельность организаций  регионов – Африки, Северной Америки, Европы и т.д.

Международное сотрудничество в области охраны природы, выражающееся в международных  конвенциях, договорах, соглашениях, проведении международных конференций, конгрессов и различных контактов ученых и общественных деятелей, играет огромную роль в сохранении биосферы Земли  от деградации и возможной гибели.

Международное сотрудничество в области окружающей среды и  его результаты.

  Принципы мирного существования государств с различными социальными системами становятся нормой в международных отношениях.

Общеевропейское совещание в 1975 г. В Хельсинки, посвященное  вопросам безопасности и сотрудничества в Европе, зафиксировало принцип  сотрудничества государств друг с другом, открывающие широкую возможность для совместного обсуждения и решения серьезных проблем, вставших сейчас перед всеми народами мира.

По  проблеме генетических аспектов охраны окружающей среды была разработана  чрезвычайно важная методика выявления  действия некоторых загрязняющих веществ  на организм человека путем перерасчета  их действия на подопытных животных, обоснована и унифицирована – между странами СЭВ – методика расчета допустимых среднесуточных концентраций загрязняющих веществ, изучены реакции человеческого организма на присутствие малых концентраций примесей промышленного происхождения в атмосферном воздухе и др.

Достигнуты  результаты в решении очень важной задачи – разработки методов экономической оценки эффекта воздействия человеческой деятельности на природу. В рамках СЭВ осуществлялись не только научные исследования, но и конкретно совместные действия по очистке общих природных объектов, и в первую очередь – пограничных или проходящих по территориям соседних стран рек.

Значительное  внимание уделялось охране и восстановлению различных видов диких животных. Так, в США в 1974 году было окольцовано  более 1000 белых гусей, которые мигрировали  между о. Врангеля и Калифорнией. В США были проведены совместные экспедиции с целью изучения экологии, физиологии и морфологии морских  млекопитающих: тюленей, моржей, китов, дельфинов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология: Учеб. для вузов. СПб.: Химия, 1997. 240 с.

2. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб.заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 480 с.

3. Чистик О.В. Экология: Учеб. пособие.  Минск: ООО «Новое знание», 2001. 247 с.

          4  . Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб.пособие для вузов/ Д.А. Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.Н. Роева и др.; Под ред. Л.А. Муравья. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. 447 с.