Лекція №2. Основні складові біосфери

Закон толерантності (закон Шелфорда).

Лімітуючим фактором процвітання організму може бути як мінімум так і максимум екологічного впливу, діапазон між якими визначає ступінь витривалості (толерантності) організму до даного фактора. Відповідно до закону будь який надлишок чи енергії стає її ворогом, забруднювачем. Цікавими є 4 закони екології американського вченого Б. Коммонера:

1. Все пов'язано з усім.

2. Усе мусить кудись діватися

3. Природа "знає" краще.

4. Ніщо не минається даремно (за все треба платити).

Слід згадати також важливі екологічні закони, сформульовані у працях американського еколога Д.Чіраса у 1991-1993 pp. Він підкреслює, що Природа існує вічно (із точки зору людини.) і опирається деградації завдяки дії чотирьох екологічних законів:

1. Рециклічності або багаторазового повторного використання найважливіших речовин;

2. Постійного відновлення ресурсів;

3. Консервативного споживання (коли живі істоти споживають лише те, що їм необхідно, не більше і не менше;

4. Популяційного контролю (природа не допускає вибухового росту популяцій, регулюючи кількісний склад того чи іншого існування й розмноження.

Основними складовими біосфери є атмосфера, літосфера і гідросфера, які утворені неживими речовинами і які є областю функціонування живої речовини.

Надпотужна техногенна діяльність людства дозволила порівнювати біосферу із ноосферою («ноос» - грец. розум), тобто сферу розумного життя. Цей термін запропонував французький філософ Е. Ларуа. За сучасним уявленням ноосфера - це сфера гармонійної взаємодії природи і суспільства, в межах якої розумна діяльність є головною. Серед складових частин ноосфери виділяють антропосферу (сукупність людей, як організмів), техносферу (сукупність штучних об'єктів, створених цілеспрямованою діяльністю людини та природних об'єктів, змінених цим процесом) та соціосферу (сукупність соціальних факторів, характерних для даного етапу розвитку суспільства у його взаємодії з природою).

Верхня межа біосфери сягає 20-22 км і в глибину - 1,5-8 км. Основним джерелом існування біосфери є сонячна енергія. Поглинута біосферою сонячна енергія витрачається на забезпечення процесів життєдіяльності рослинного і тваринного світу та людського суспільства. Сонячна енергія виникає в результаті термоядерного перетворення водню на гелій і надходить на землю у вигляді променистої енергії в кількості 10 500 МДж/м²-рік, 40% якої відбивається в космічний простір, 15% відбивається атмосферою, 20% -на підтримання геологічного циклу і тільки 0,06% - на фотосинтез. Сонячна енергія за 22 сонячні дні за сумарною потужністю еквівалентна всім запасам органічного палива на землі.

Усі види енергетичних ресурсів на землі поділяються на первинні і вторинні. До первинних належать: а) невідновні (нафта, вугілля, сланці, природній газ); б) відновні (деревина, торф, термоядерна енергія, енергія вітру та сонячна енергія). Вторинні енергетичні ресурси (ВЕР) - це енергія різних видів, яка залишає технологічний процес або установку і являє собою побічну продукцію, яка може бути використана на потреби нової технології на тому ж підприємстві або за його межами.

За оцінками вчених природних енергетичних ресурсів вистарчить на такі періоди: нафти - ще на 30-35 років, газу - 40-50 років, вугілля - 150-200 років.

ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА АТМОСФЕРИ

Атмосфера - це газова оболонка, що оточує землю. Наявність атмосфери - одна з найважливіших умов життя на планеті. Без їжі людина може обійтися місяць, без води - тиждень, а без повітря не проживе і кількох хвилин.

Атмосфера складається з таких шарів (знизу вверх): тропосфера (до висоти 18 км); стратосфера (до 50 км); мезосфера (до 80 км); екзосфера (до 1900 км); і геокорона (до 20000 км). Далі атмосфера переходить у міжпланетний космічний вакуум. Основна маса повітря - 90% - зосереджена у нижньому шарі - тропосфері. Тут відбуваються найінтенсивніші теплові процеси, в основному від поверхні океанів і суходолу, при чому атмосфера нагрівається знизу, понижуючи температуру по висоті.

Атмосфера, як елемент глобальної екосистеми, виконує такі основні функції:

1) захищає живі організми від зубного впливу космічного
випромінювання та ударів метеоритів;

2) регулює сезонні і добові коливання температури;

3) є носієм тепла і вологи;

4) є джерелом газів, які беруть участь у фотосинтезі забезпечують
дихання.

Основними компонентами атмосфери є: азот - 78,08%, кисень -20,94%, аргон - 0,93%, та малі домішки (вуглекислий газ, метан та ін.).

Вище приведена суміш і представляє собою життєво необхідне повітря, яке є косною речовиною біосфери і середовищем існування живої речовини -рослин, тварин, людей.

Атмосферне повітря використовують також і в промисловості, як реагент для спалювання палива, як теплоносій для нагрівання або охолодження приміщень, продуктів, обладнання та для добування зріджених газів тощо.

Атмосферне повітря можна лише умовно вважати невичерпним природнім ресурсом, так як людині необхідне повітря певної якості, а під її ж впливом хімічний склад і фізичні властивості повітря дедалі погіршуються. На землі вже практично не залишилось місць, де повітря гберегло б свої первозданні чистоту та якість, а в деяких регіонах стан повітря вже просто загрозливий для людського здоров'я.

Гігієнічне значення атмосферного повітря полягає в забезпеченні процесів життєдіяльності киснем. Організм людини адаптувався до чистого повітря зі сталими властивостями: температурою, тиском, швидкістю руху, хімічним складом, іонізацією та електричним станом. Забруднення повітря призводить до погіршення санітарно-гігієнічних показників: збільшується частота туманів, зменшується видимість і прозорість для УФ-вкпромінювання, погіршуються санітарно-побутові умови життя населення, спостерігається негативний вплив на розвиток рослин, тварин та людей.

ТРАНСФОРМАЦІЯ ЗАБРУДНЕНЬ В АТМОСФЕРІ ТА її НАСЛІДКИ Забруднення атмосфери відбувається або природним шляхом, або в результаті антропогенної діяльності. Забруднення атмосфери природнім шляхом відбувається через вулканічні гази, природній пил, спори грибів, пилок рослин та мікроорганізми. Разом з тим під впливом атмосферних опадів, сонячної радіації, перенесенням повітряних мас, взаємодією з гідросферою та літосферою відбувається самоочищення атмосфери. Проте в результаті антропогенної діяльності у останні десятиріччя утворюється настільки велика кількість забруднень, що атмосфера не може самоочиститись. В результаті відбувається значне накопичення забруднюючих речовин у повітрі. Основними джерелами забруднення є енергетика, металургія, автотранспорт, промислові підприєства, житлово-комунальні та сільські господарства та військово-промисловий комплекс. Енергетика, металургійна промисловість та автотранспорт створюють близько 85% усього обсягу забруднень. В україні найбільше забруднює атмосферу металургійна промиловість (35-40%). Так, в результаті спалювання викопного палива (особливо вугілля) викидають у повітря такі шкідливі для здоров'я людей, флори та фауни речовини: діоксин, хлорвуглеводні, різні похідні вуглеводнів, що мають канцерогенні та мутагенні властивості. За кількістю промислових забруднень на душу населення Україна посідає одне з перших місць у Європі. Найпоширенішими газовими забрудниками є сірчистий газ, оксиди нітрогену, бензопірен, аміак. У вигляді твердих частинок - попіл, сульфіди та сульфати металів, сполуки кальцію, натрію, фосфору. Пари у вигляді туману сульфатної та нітратної кислот, ртуті, фенолу.

До забрудників довкілля належать також різні шуми, вібрація, іонізуюче випромінювання, електромагнітні полі, теплові викиди.

НОРМУВАННЯ ЯКОСТІ ПОВІТРЯ

З метою стабілізації стану повітряного середовища та поліпшення якості повітря в Україні розробляються стандарти якості повітря, узгоджені з міжнародною системою стандартів. Також створюється нова система екологічного нормування. При цьому важливим нормативом, який дає змогу кількісно оцінити викиди забруднюючих речовин в атмосферу і гранично допустимі концентрації.

Для визначення забруднюючих речовин у повітрі у вигляді газів, аерозолів, пари і пилу використовують сучасні методи із застосуванням високочутливих приладів. Гранично допустимі концентрації (ГДК) дають також змогу сформулювати вимоги до очисних споруд та визначити санітарно-захисну зону.

Інтенсивне забруднення атмосфери внаслідок антропогенної діяльності людини приведе до глобальних екологічних криз, пов'язаних з такими явищами: потепління планети (парниковий ефект), появою кислотних дощів, руйнуванням озонового шару, виникненням смогу та ядерних зим.

ПАРНИКОВИЙ ЕФЕКТ

Клімат Землі упродовж усього історичного періоду змінювався неодноразово, але ці зміни відбувались поступово.

Сьогодні ж атмосфера Землі розігрівається набагато ніж буд-коли в минулому.

За останні 120 років вміст ССЬ (вуглекислого газу) у повітрі збільшився на 17%, а оскільки він вільно пропускає сонячні промені до поверхні Землі, це і стало причиною розігрівання атмосфери, відоме як парниковий ефект. За розрахунками вчених найближчими десятиліттями через парниковий ефект температура Землі може підвищитись на 1,5-2,0°С. Небезпека парникового ефекту полягає в тому, що основні кліматичні зони в північній півкулі змістяться на північ на 350-400км, а це значить, що зима буде коротшою, а літо - тривалішим і спекотнішим. Глобальне потепління приведе до танення льодовиків Гренландії, Антарктиди та гір. В результаті рівень Світового океану підвищиться на 6-10 м, при цьому буде затоплено близько 20% площі суходолу.

Світова спільнота занепокоєна загрозою парникового ефекту і запровадила ряд запобігливих заходів. У 1992 р. конференцією ООН прийнята Рамкова конвенція і Кіотський протокол (що є її доповненням), згідно якого з 2008 по 2012 рік потрібно знизити як мінімум на 5% поріняно з 1990 р. загальні викиди 6-ох видів газів, які спричиняють парниковий ефект.

РУЙНУВАННЯ ОЗОНОВОГО ШАРУ

Як відомо життя на землі залежить від енергії сонця, яка надходить у вигляді світла видимого випромінювання, інфрачервоного, ультрафіолетового та теплового. Озоновий шар є природнім захисним бар'єром від проникнення на поверхню землі жорсткого УФ-випромінювання сонця з довжиною хвилі 325-400 нм. Цей шар розташований в атмосфері на висоті 20-25 км з відносно невеликою товщиною - 10-15 см. Зменшення вмісту озону в атмосфері загрожує зниженням врожаю сільськогосподарських культур, збільшенням кількості шкідливих мутацій, захворювань тварин та людей. Руйнування озонового шару спричиняють деякі хімічні речовини, найбільш небезпечним серед яких є хлор. Один атом хлору здатен розкласти 100 тис. молекул озону. Найбільшим джерелом таких атомів хлору є пари фреону. Найбільше зменшився вміст озону на земній кулі (приблизно на 40-50%) над Антарктидою.

З метою запобігання руйнування озонового шару атмосфери уряди багатьох країн світу підписали у 1985 р. у Відні Конвенцію про охорону атмосферного озону.

КИСЛОТНІ ДОЩІ

Оксиди азоту і сірки, що викидуються в атмосферу здебільшого внаслідок роботи теплових електростанцій та автотранспорту, з'єднуються з атмосферною вологою, утворюють дрібні краплі сірчаної та азотної кислоти, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману і випадають на землю у вигляді кислотних дощів. Ці кислотні дощі вкрай шкідливо впливають на довкілля: а) знижується врожайність та якість сільськогосподарських культур, б) з грунту вимивається калій, магній, що приводить до деградації як грунту, так і рослин в) отруюється вода озер, ставків, річок, в них гине риба; г) гинуть ліси, щезають птахи та тварини; д) збільшується захворюваність людей.

СМОГИ

Смоги виникають внаслідок складних фотохімічних реакцій у повітрі, яке забруднене вуглеводнями, пилом, сажею, оксидами азоту під дією сонячного світла. З'являється синюватий прозорий туман, який має неприємний запах і викликає подразнення очей, горла, спричиняє розвиток бронхіальної астми, на деревах в'яне листя, гинуть рослини. Прискорюється корозія металів, псуються одяг, взуття, руйнуються гума, фарба, порушується робота транспорту.

ЯДЕРНА ЗИМА

Може виникнути в результаті забруднення атмосфери радіонуклідами, які з'являються у повітрі під час аварій на атомних електростанціях, випробовування ядерної зброї.

Спостереження під час наземних випробувальних ядерних вибухів показали, що в результаті вибуху ядерного заряду потужністю 1 Мтонн тротилу в повітря піднімається 5 Мтонн пилу. В результаті такого сильного запорошення атмосфери приземний шар атмосфери охолоне на 15-30°С і тільки після кількох місяців осідання пилу і сажі охолодження зміниться нагріванням на 20-30°С вище, за норму.

ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ГІДРОСФЕРИ

ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДНИХ ДЖЕРЕЛ

Вода входить до складу всіх організмів біосфери, в тому числі і до складу тіла людини. У ньому вона виконує роль структурного компонента, розчинника і переносника поживних речовин, учасника біохімічних процесів, регулятора теплообміну з навколишнім середовищем. Від забезпеченості водою залежить життєдіяльність усіх живих організмів. Вода регулює клімат планети, забезпечує господарську та промислову діяльність людей. Тому ще 80-90-ті роки XX ст. були оголошені міжнародним десятиріччям води. Виникнення цієї проблеми зв'язано із збільшенням споживання води людством, з однієї сторони, та забрудненням водних джерел, з іншої. Це і привело до зменшення водних ресурсів Землі.

Усі водні ресурси поділяються на атмосферні, підземні та поверхневі. Атмосферні води потрапляють на землю у вигляді дощу, талого снігу та граду.

Підземні води — розміщені на глибині^ 12-14 км, мають пошарове розміщення водоносних горизонтів, які відокремлені водонепроникними пластами породи, мають слабий зв'язок з атмосферою та незначний розвиток біологічних процесів. Все це сприяє меншому забрудненню підземних вод і тому вони характеризуються стабільнішим хімічним складом, містять більше корисних для здоров'я людини речовин (сполук кальцію, йоду та фтору). Проте, в останні десятиріччя, і підземні води інтенсивно забруднюються, так як фільтрувального шару порід для їх очищення вже недостатньо. Найбільший вплив на хімічний склад підземних вод мають промисловість,, хімізація сільського господарства, житлово-комунальний сектор. Також проходить біологічне забруднення підземних вод через різні мікроорганізми (бактерії, віруси тощо).

Поверхневі води - це води океанів, морів, річок, боліт, штучних водосховищ. Так як води океанів, морів, деяких озер є солоними, то для потреб харчового комплексу, технічного і господарського водозабезпечення використовують прісну воду рік, більшості озер, ставків, штучних водосховищ. Загальний сумарний водозабір в даний час складає біля 3 500 км7 рік, загальний одночасний об'єм води в ріках земної кулі складає 1200 km^j, а річний стік - 32000 км³.

В даний час потреба у прісній воді задовольняється за рахунок річкового стоку (82-84%). Причому, середньорічні ресурси річкового стоку більше, ніж на порядок, перевищують ці потреби. Однак, нестача чистої & прісної води виникає за рахунок її забруднення. Щорічно в річки викидають близько 210 км забруднених стоків, більшість з яких очищується недостатньо або зовсім не очищується. В результаті забруднюються біля 4000 км' річкових вод, а це більш, ніж 14% всього річкового стоку, який самоочищуватись вже не може, так як кратність розбавлення для деяких забрудників складає 1:30, 100, 180 і більше.

Так як потреба •- у чистій прісній воді збільшується для людства щорічно, то в якості основних джерел води на майбутнє розглядають підземні води, води льодовиків та опріснені води світового океану.

ВОДОСПОЖИВАННЯ ТА ВОДОВІДВЕДЕННЯ

Розрізняють два види використання водних ресурсів: водокористування і водоспоживання. При водокористуванні вода не вилучається з водойм (рік, озер тощо), і не витрачається, лише використовується для виконання певних функцій.

При водоспоживанні вода забирається з водних об'єктів, причому частина її втрачається безповоротно (використовується для виготовлення продукції, випаровується тощо). Критерієм раціонального використання води служить коефіцієнт обороту та коефіцієнт раціональності використання.

Витрата свіжої води на виробництвах визначається такими факторами: видом продукції, яка виробляється; потужністю підприємства; досконалістю технологічного процесу; ступенем автоматизації виробництва; кваліфікацією, загальною та екологічною культурою обслуговуючого персоналу.

На виробництві застосовують такі системи водопостачання:

1) з прямотечійним використанням води - вся відпрацьована у виробничому процесі вода скидається у водойми;

2) з послідовним використанням води - вся відпрацьована у виробничому процесі вода направляється для повторного використання
в іншому виробництві без проміжного очищення, після чого скидається
у водойми;

3) з оборотним використання води - вся відпрацьована у виробничому
процесі вода піддається охолодженню, очищенню, дезінфекції і при
обмеженому доповнені свіжої води знову використовується на ті ж
потреби без скиду у водойми;

4) комбіновані системи.

На промислових підприємствах при проектуванні систем водовідведення необхідно враховувати такі фактори:

1) вимоги до якості води, яку використовують в різних технологічних
процесах;

2) можливість повторного використання води;

3) доцільність використання та вилучення речовин, які містяться в
стічних водах;

4) можливість та доцільність спільного відведення та очищення стічних
вод декількох близько розміщених підприємств;

5) вибір ефективного методу очищення;

6) врахування самоочищуючої властивості водойми.

ПОКАЗНИКИ ЯКОСТІ ВОДИ

Якість води нормується «Санітарними правилами і нормами охорони поверхневих вод від забруднення». Визначають якість води за її фізичними та хімічними характеристиками, такими як: прозорість, колір, запах, температура, загальний вміст солей, твердість, реакція води. Нормативні показники якості води складаються з: завислих речовин, плаваючих домішок, мінерального складу, розчиненого кисню, біохімічної потреби в кисні (БПК), збудників захворювань, отруйних та шкідливих речовин. Для всіх забруднюючих речовин встановлені гранично допустимі концентрації (ГДК). Оскільки шкідливі і отруйні речовини досить різноманітні за своїм складом, то вони нормуються ще за принципом лімітуючого показника шкідливості (ЛПШ). За ЛПШ всі речовини в водоймищах поділені на три групи:

- речовини, які мають загально-санітаний ЛПШ;

- речовини, які мають санітарно-токсикологічний ЛПШ;

- речовини, які мають органолептичний ЛПШ.

До загально-санітарних показників шкідливості відносяться показники БПК з врахування біохімічного процесу самоочищення, розчинений кисень та активна реакція води.

До санітарно-токсикологічних показників відносяться такі показники забрудненості води, які можуть бути небезпечними для здоров'я людини.

До органолептичних показників відносяться забарвлення, запах, температура, плаваючі домішки та завислі речовини.

КЛАСИФІКАЦІЯ СТІЧНИХ ВОД

Стічні води - це води, які відходять після використання в побутовій і сільськогосподарській діяльності людини або які пройшли через будь-яку забруднену територію чи об'єкт. В свою чергу, стічні води поділяються на: а) умовно чисті (оборотні) - це води, які одержуються після охолодження технологічного обладнання або іншого устаткування і які при обмеженому доповненні свіжої води знову використовуються на ті ж потреби; брудні стічні води - це води, забруднені різноманітними забрудниками та домішками, які потребують обов'язкового очищення.

Стічні води, які відводяться з промислових підприємств, поділяються на три види:

1) виробничі - використані в технологічному процесі або які отримуються
при видобутку корисних копалин;

2) побутові - води, одержані від санітарних вузлів та душових установок,
які є на території підприємства;

3) атмосферні - дощові та від танення снігу.

В залежності від виду забрудника та різних домішок виробничі стічні води поділяються:

а) забруднені переважно мінеральними домішками — це підприємства металургійної, машинобудівної, рудо- та вуглевидобувної промисловості, підприємства по виробництву мінеральних добрив і кислот;

б) забруднені переважно органічними домішками - це підприємства м'ясної, рибної, молочної, харчової, целюлозно-паперової, хімічної промисловості;

в) забруднені мінеральними та органічними домішками — це підприємства нафтодобувної, нафтохімічної, нафтопереробної та фармацевтичної.

За концентрацією забруднюючих речовин та ступенем агресивності виробничі стічні води поділяються на неагресивні (рН = 6,5 - 8), слабоагресивні (слабокислі з рН - 5,5 - 6,5), слаболужні (рН = 8-9), сильноагресивні (сильнокислі з рН < 5 та сильнолужні з рН > 9),

За технологічною ознакою відпрацьовані стічні води поділяються на: 1) реакційні води, що виділяються в ході реакцій і забруднені домішками сировини і продуктів реакції);

2) промивні води - води, що використовуються для промивання сировини
та продуктів, які отримуються в технологічних процесах;

3) вільна або зв'язана вода - це води, які містяться в сировині та вихідних
продуктах;

4) водні екстракти та адсорбційні рідини утворюються при використанні
води в якості екстрагента і містять велику кількість хімічних речовин;

5) охолоджуючі води використовуються на підприємствах для
охолодження продуктів та апаратів.

КОНТРОЛЬ ТА УПРАВЛІННЯ ЯКІСТЮ ВОДИ

Раціональне використання і відтворення водних ресурсів має бути спрямоване на забезпечення стійкого функціонування водних екосистем.

Контроль та управління якістю води є одним із засобів санітарної охорони водойм від антропогенних забруднень та забезпечення максимальної продуктивності та раціонального використання водних ресурсів.

Відповідно до нормативів «Правила охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами» ступінь допустимого забруднення води у водоймах, який визначається її фізичними властивостями та здатністю до нейтралізацій' домішок і самоочищення, забезпечується гранично допустимими навантаженням на водойму (ГДН). Відповідно до цього регламенту водокористування стічні води слід очищувати або розбавляти перед скиданням у водойму на відстані 1 км вище за течією пункту водокористувача (питно-господарське водопостачання, місце купання, території населеного пункту тощо), а на непроточних водоймах - на відстані 1 км по обидва боки від пункту водокористувача.

Всього для води господарсько-питного призначення встановлені ГДК для 640 речовин, а для рибогосподарського - 147 речовин.

У 1997 р. Міністерство охорони здоров'я України з метою забезпечення санітарного та епідеміологічного благополуччя населення затвердило Державні санітарні правила і норми (САНПІН) «Гігієнічні вимоги до якості води централізованого водогосподарського водопостачання», де сформульовані жорсткіші вимоги до забруднюючих речовин, які за своїми значеннями наближаються до нормативів Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ).

Для гарантування якості води для кожного підприємства встановлено гранично допустиме скидання (ГДС). ГДС - це маса забруднень у стічних водах, допустиме для відведення у певному пункті водного об'єкта за одиницю часу. ГДС вимірюють в г/с і визначають за такою формулою:

ГДС = С_mах • Q

де С_mах — максимально допустима концентрація забруднюючих речовин в стічній воді (мг/л);

Q — кількість стічних вод (витрата), м /с.

Визначення допустимого складу стічних вод С_д здійснюється в залежності від переважаючого виду домішок та з врахуванням характеристики водоймищ за такою формулою:

С_д<С_к+п-ГДК

де С_к - концентрація домішок;

п - кратність розбавлення.

Розбавлення стічних вод - це процес зменшення концентрації домішок у водоймах за рахунок перемішування стічних вод з водним середовищем, в яке вони випускаються. Інтенсивність процесу розбавлення кількісно характеризується кратністю розбавлення.

Дата добавления: 2013-12-13