Напишем:


✔ Реферат от 200 руб., от 4 часов
✔ Контрольную от 200 руб., от 4 часов
✔ Курсовую от 500 руб., от 1 дня
✔ Решим задачу от 20 руб., от 4 часов
✔ Дипломную работу от 3000 руб., от 3-х дней
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

 

 

 

Введение в экологию.


Термин экология (от греч. oikos - дом, жилище, местопребывание и logos - учение) в том виде, как он был введен в 1886 г. немецким биологом Эрнестом Геккелем, означает исследование общих взаимоотношений животных и растений, как с живой (биотической), так и неживой (абиотической) природой, включая все как дружественные, так и недружественные отношения, с которыми животные и растения прямо или косвенно входят в контакт. Иными словами экология в классическом понимании - это наука о взаимодействии живых организмов между собой и окружающей их средой.

Важнейшим понятием экологии является биосфера. Этот термин  был предложен в 1875 году Э. Зюссом. По В. И Вернадскому биосфера – это наружная оболочка Земли – область распространения жизни. Она включает в себя : живое вещество, т. е. все живые организмы (растения, животные, минерально – органические вещества); биогенное вещество (органо – минеральные  или органические продукты, созданные живым веществом); биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (косной) природой (водой, тропосферой, литосферой).

Все компоненты биосферы взаимодействуют, представляя сложную целостную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под действием внешних сил, в т. ч. космического излучения, гравитационного и магнитного поля, Солнца, Луны и т. д.

Эволюция биосферы  на протяжении миллиардов лет  шла по пути усложнения структур биологических сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособленности. Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования вещества и энергии биологическими системами, организмами, популяциями.

Вершиной эволюции живого вещества явился человек. Человечество посредством орудий труда стало создавать фактически искусственную среду обитания. С тех пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческий фактор превратился в  мощную природную движущую силу

В 1997 году в США вышла книга профессора Джозефа С. Ламберта “Следы прошлого, разгадывание секретов археологии с помощью химии”. По мнению проф. Ламберта отличие животного от человека состоит вовсе не в том, что человек использует орудия труда или владеет речью. Известно, что, что некоторые птицы также применяют орудия труда, а приматы даже способны их совершенствовать. Система сигналов, используемых некоторыми животными, может быть настолько многообразной и сложной, что ее вполне логично отождествить с человеческой речью. Ламберт считает, что человек стал отличаться от животных, когда научился проводить химические реакции. Первым шагом было использование огня для химического превращения камней (выплавка металлов, изделия из меди насчитывают возраст 11 тыс. лет), глины (изготовление керамики), приготовление пищевых продуктов. Затем удалось постепенно освоить переработку сырья растительного и животного происхождения : получение хлеба и пива, окрашивание волокон для одежды, дубление кож, изготовление ароматических веществ.

Человек, как определил его Ламберт, это – овладевшее химией животное.

Во взаимоотношениях человека с биосферой выделяется 5 экологических кризисов:

Первый кризис лежал в основе соперничества неандертальского и кроманьонского человека. Он закончился 47-50 тыс. лет назад победой последнего, стоявшего на более высокой информационной ступени развития и сумевшего быстрее овладеть загонной охотой с огнем.

Второй кризис возник в первую половину послеледниковья (от10 - 8  до 4-5 тыс. лет назад) из - за резкого оскудения охотничьих ресурсов, когда исчезла крупная мамонтовая фауна. Он закончился неолитической революцией, переходом к земледелию и оседлости.

Третий кризис был связан с ухудшением плодородия почв, изменением климата и закончился 3-4 тыс. лет назад зарождением поливного и богарного земледелия (перс. бехар - весна)

Четвертый кризис - кризис продуцентов совпал с массовым сведением лесов на дрова и поля. Он также благоприятно завершился к началу промышленной революции (1789 г.) и переходом к использованию ископаемого топлива.

Пятый в истории человечества еще не закончившийся современный экологический кризис начался в середине 20-го века. Он совпал по времени с химизацией экономики промышленно развитых стран. Всего за несколько десятилетий было введено в обиход 300 - 400 тыс. химических соединений, т.е. их число превысило видовое разнообразие животных и растений.

В 20 в. человечество, по некоторым данным, затратило на развитие своей техногенной цивилизации до 40% наземной биоты. Биосфера, как экосистема истощена: 1/3 почвенного слоя утеряна, леса на 2/3 вырублены, животный мир потерял 1/5 своего видового состава. Загрязнение планеты достигло огромных размеров. Это - не только мусор и отходы производства, объем которых в мире достиг 800т на душу за год, но и повсеместное загрязнение всех частей биосферы вредными химическими отходами, тяжелыми металлами и радиоизотопами.

В основе многих современных экологических проблем лежат реальные химические процессы. Чтобы эффективно разрешить ту или иную экологическую проблему следует выявить химическую причину ее возникновения. Отсюда необходимость химизации экологических знаний. Более того, конкретные решения большинства экологических вопросов связаны с достижениями химической науки. Только выявив генезис проблем, можно целенаправленно искать пути их решения.

Огонь, вода, дождь, град, снег, превращение неживой материи в живое существо - все это относятся к области химических явлений. От химических процессов зависят питание и рост существ, разнообразное изменение их формы, внутривидовое и межвидовое взаимодействия, постоянное возникновение новых существ и, наконец, их смерть и разложение.

Одновременно химическая технология является научной основой производства предметов, составляющих материальную базу нашего общества.

В различных отраслях промышленности и сельского хозяйства используется громадное число химических соединений. По данным Всемирной организации здравоохранения, среди химических соединений, используемых в промышленности, примерно 40 тыс. вредны для человека. Урон же окружающей среде может нанести еще большее число соединений.

Ощутимый ущерб природной среде наносят нефтеперерабатывающие, нефтехимические, химические и другие производства, отопительные системы, выбросы которых становятся источниками загрязнения окружающей среды.

 Большая доля выбросов приходится на автомобильный транспорт. Один автомобиль в среднем на 1 км пробега выбрасывает 30 г оксида углерода, 4 г оксидов азота и 2 г углеводородов. Выхлопные газы - смесь примерно 200 веществ. При неполном сгорании топлива вместе с выхлопными газами в атмосферу попадают вещества, вредно влияющие на здоровье человека: акролеин, образующийся при разложении отработанных масел - очень токсичное и раздражающее вещество; многоядерные ароматические углеводороды, среди которых наиболее ядовитое вещество - бензпирен, вызывающий злокачественные опухоли, т.е. обладающий канцерогенным действием; диоксин, который также обладает канцерогенным действием; тетраэтилсвинец Pb(C2H5)4 (в 1 л бензина его содержится около 1 г), добавляемый в бензин для увеличения его детонационой стойкости, - сильный яд и многие другие вещества.

Много ядовитых веществ содержится в саже, выбрасываемой дизельными двигателями и отопительными системами.

Для борьбы с этими выбросами вводятся различные нейтрализаторы (для газов, жидкостей, твердых частиц), которые, поглощают ядовитые вещества; вместе с тем разрабатывается топливо для двигателей внутреннего сгорания с пониженным содержанием ароматических углеводородов и тетраэтилсвинца.

Кратко остановимся на канцерогенных органических веществах (канцерогены - вещества, которые вызывают злокачественные опухоли). Это высокореакционные соединения, способные реагировать с белками, нуклеиновыми кислотами. В зависимости от условий они могут образовывать злокачественные раковые опухоли, нарушать процессы эмбрионального развития, вызывать мутагенные изменения в организме. Канцерогены могут изменять генофонд организмов (генофонд - совокупность наследственных свойств всех существующих на Земле организмов).

По данным Международного агентства по изучению рака, в 1985г. насчитывалось девять производств и процессов, а также 30соединений, безусловно способных вызывать опухоли у человека. Установлены вещества, которые с высокой вероятностью канцерогенны. К ним относят диоксины, этиленоксид CH2CH2O и его производные, винилхлорид, асбест (пыль), полициклические ароматические углеводороды : например, бензпирен С20Н12, акрилонитрил CH2=CHCN, и др.

Обратимся к некоторым наиболее распространенным канцерогенам.

Бензпирен - светло-желтое кристаллическое вещество, содержится в каменноугольной смоле, почве, табачном дыме, один из наиболее сильных канцерогенов. Его молекулы состоят из пяти конденсированных ядер:

Диоксин - высокотоксичное вещество, обладает разносторонней физиологической активностью: раздражает кожу (средне – смертельная ингалляционная доза 0,05-0,07 мкг/г), поражает печень, обладает канцерогенным, мутагенным действием, нарушает эмбриональное развитие, кристаллическое вещество без запаха, имеет строение :

В ароматических углеводородах содержится до 15% диоксина. Источники загрязнения окружающей среды диоксином - побочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности, отходы металлургических производств, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания и др. В настоящее время известно более 1000 различных видов диоксинов. Наиболее токсичные из них : 2,3,7,8- ТХДД (тетрахлордибензо-n-диоксин C6H4Cl2O2C6H4Cl2) ; 2,3,7,8-ТХДФ (тетрахлордибензо-n-фуран C6H4Cl2OC6H4Cl2); полихлорированный дибензо-n-диоксин ПХДД и полихлорированный дибензо-n-фуран. Для диоксинов характерен период скрытого действия. Они накапливаются в печени, коже, кроветворных органах. Токсичность диоксинов примерно в 100 – 1000 раз больше, чем паров ртути, фтористого бериллия.

Злокачественные опухоли чаще возникают у людей, работающих на предприятиях по газификации угля, производству кокса, изопропилового спирта, в резиновом, мебельном и обувном производствах и др.

В быту канцерогенные вещества поступают в организм с продуктами курения табака, вызывая рак легких, с дымовыми выбросами отопительных систем и промышленных предприятий, а также, как упоминалось, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Действие канцерогенов может быть существенно ослаблено витаминами (аскорбиновая кислота, витамин Е).

В настоящее время особое беспокойство доставляют повышение концентрации углекислого газа, увеличение количества атмосферных аэрозолей, повышение выделения тепла в атмосферу за счет хозяйственной деятельности человека, загрязнение воздуха оксидами азота и серы, а также веществами, разрушающими озоновый слой.

Углекислый газ играет в атмосфере роль своеобразного фильтра, который хорошо пропускает большую часть солнечного излучения на Землю, оставаясь в то же время непрозрачным для инфракрасного теплового излучения нашей планеты. Таким образом, роль его - в поддержании теплового баланса на Земле. Концентрация углекислого газа в атмосфере долгое время оставалась практически неизменной (в среднем от 0,05 до 0,15-0,20%).

В 30-е годы нашего столетия впервые было отмечено повышение концентрации углекислого газа. Это связано с тем, что в естественный круговорот углерода в природе (главным образом, в процессы дыхания, горения, фотосинтеза) вмешался человек. Количество углекислого газа, поступающего за счет сжигания ископаемого топлива, возросло от 100 млн. т в 1850 г. до 6 млрд. т в середине 80-х гг. ХХ века.

Ежегодно объем этих выбросов продолжает расти примерно на 5%. Удвоение концентрации оксида углерода (IV) в атмосфере, по мнению ученых, может привести к повышению средней температуры на Земле на 1,5 – 3о, что, в свою очередь будет сопровождаться интенсивным таянием полярных льдов и вызовет подъем уровня Мирового океана на 4-8 м.

Пять самых жарких лет с ХV века пришлось на 90-е годы прошедшего столетия. 2000 год оказался наиболее теплым за последние сто с лишним лет. За перегревом следовали опустошительные пожары, редкой силы наводнения, ураганы с огромным числом погибших и неисчислимыми материальными потерями.

Есть ли возможности предотвратить повышение концентрации углекислого газа? Очевидно, это снижение масштабов сжигания органического топлива, разработка методов получения альтернативных видов энергии.

Определенным шагом вперед на пути международного сотрудничества в борьбе за экологическую чистоту стала Всемирная конференция в Киото (Япония) в 1997 году. На ней представители промышленно развитых стран договорились о том, что с 2008 по 2012 год они снизят выбросы вредных газов в среднем на 5,2 % к уровню 1990 года. ЕС взял на себя повышенные обязательства – 8 %, а Германия – 21 %. В 2000 году Германия сократила выбросы СО2 на 13,2 % к уровню 1990 года. В ФРГ введен экологический налог, стимулирующий экономию энергии и содействующий в конечном итоге уменьшению вредных выбросов при ее производстве. Однако 55 государств до сих пор не ратифицировали «протокол Киото», а США в 2001 году вышли из него. В Киото был рекомендован «гибкий механизм» – покупка особых квот у тех государств, которые выбрасывают меньше вредных газов, теми, которые выбрасывают много. Покупателям это засчитывается в их «норму» по снижению выбросов, а продавцы должны направить полученные средства на нужды охраны окружающей среды. Считается, что в конечном итоге будет внесен заметный вклад в защиту климата. Но в этом механизме еще много неотрегулированных деталей.

Под угрозой в атмосфере находится также озоновый слой, защищающий землю от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Озон - весьма активное химическое вещество, при незначительных воздействиях разлагающееся на атомарный кислород и молекулу кислорода, которые не обладают способностью защищать от жестких излучений. Вызывать такой распад могут, в частности, свободные радикалы.

Фреоны (хладоны CCl2F2, CClF3 и др.)- галогенопроизводные углеводородов, которые чаще всего используются в составе аэрозолей или в виде хладагентов в холодильной технике, могут разлагаться с образованием радикалов типа Clо, ClOо, , далее протекают следующие реакции:

Главная мера, на которую пошли уже многие государства - это прекращение выбросов фреонов в атмосферу, что равнозначно резкому сокращению применения и производства летучих производных. В качестве хладагентов, например, можно использовать менее летучие  фторхлорметаны, а в аэрозольных упаковках - сжиженные газообразные алканы (например, пропан или бутан). Они горючи, зато очень дешевы. Сегодня, наверное, важнее сохранить защитную озоновую оболочку нашей планеты, заплатив за это даже некоторыми неудобствами при использовании аэрозольных упаковок.

Несмотря на ограничительные меры, предпринятые мировым сообществом в рамках Венской конвенции об охране озонового слоя (1985 г.) и Монреальского протокола по веществам, разрушающих озоновый слой (1987 г.), он продолжает истощаться с более высокой интенсивностью, чем предполагали ученые. Это уменьшение оценивается в пределах 0,5 – 0,7 % в год от общего содержания озона.

Вредное воздействие на гидросферу оказывают нефтепродукты и сырая нефть. Нефтяные углеводороды попадают в Мировой океан при их транспортировке, аварийных разливах, речном стоке воды, добыче нефти в море и т.п. Всего поступает в Мировой океан более 6 млн. т нефтяных углеводородов, наносящих огромный вред живым организмам.

Довольно часты разливы нефти при авариях танкеров и морских буровых установок. Со стоками промышленных и нефтеперерабатывающих заводов в море ежегодно попадает до 0,5 млн. т нефти.

Нефть растекается по воде в виде поверхностной пленки (1 т нефти может покрыть поверхность воды площадью примерно 1200 га), которая поглощает инфракрасное излучение. Вначале идет процесс испарения углеводородов: за 12 ч улетучивается до 25% легких фракций нефти; при температуре воды 15о все углеводороды до С15 испарятся за 10 суток. Частично происходят процессы химического и фотохимического окисления. Для полного окисления, например 4 л нефти в морской воде, требуется количество кислорода, содержащееся в 1,5.106 л морской воды, насыщенной воздухом. Растворимые компоненты, содержание которых в сырой нефти всего 0,01%, наиболее токсичны для водных организмов. Для удаления нефти с поверхности воды применяются не только физические методы, но и различные химические вещества, обладающие адсорбирующими и другими свойствами.

Большой вред рыбному хозяйству наносят пестициды. Уничтожая вредителей урожаев, они губительно влияют на полезные организмы. Особенно вредны пестициды, содержащие в своем составе хлор, т.к. они устойчивы, очень медленно разлагаются (период полураспада достигает нескольких десятков лет). Поэтому давно стоит проблема перехода от химических методов борьбы с вредителями сельского хозяйства к биологическим (экологически чистым).

В сточных водах содержатся не только пестициды, но и синтетические поверхностно-активные вещества, например, синтетические моющие средства (СМС). Известно, что СМС широко применяются в быту и промышленности. СМС содержат полифосфаты, в которых растворены вещества, понижающие поверхностное натяжение воды (детергенты), а также другие составные части, токсичные для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливатели (персульфаты), кальцинированнную соду и др.

В состав детергентов входят гидрофобная часть, включающая 10 - 18атомов углерода, и гидрофильная часть (СОО- и др.). Их изготовляют из жирных спиртов, ароматических углеводородов (бензол, нафталин). В воде 50% СМС разлагается в течение нескольких суток. При биохимическом окислении происходят процессы гидролиза, окисления жирных кислот, алкильных групп и др. В воде скапливается множество вредных для живых организмов продуктов.

При сильном загрязнении воды ощущается недостаток кислорода для размножения и развития бактерий, которые разлагают химические загрязнители: гербициды, синтетические моющие вещества, белково-витаминные концентраты, фенолы и их производные и т.д.

Синтетические полимеры, в отличие от природных, не имеют ферментов, разлагающих их, и в этом смысле они не уничтожаются биологическим путем (например, полиэтиленовый пакет сохраняется в природе в течение 200 лет), поэтому они загрязняют окружающую среду.

Подробный анализ современной экологической ситуации в Российской Федерации содержится в 600 – страничном  исследовании, которое называется «Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1999 году».

В течение года в атмосферу было выброшено стационарными источниками 18,5 млн. т вредных веществ и еще 12 миллионов тонн автомобильных выхлопов. На каждого жителя России приходится более 200 кг вредных выбросов- сажи , диоксида серы, аммиака, оксида углерода, бензпирена, формальдегида, диоксида азота, метилмеркаптана, сероводорода и др.

В целом по России , с  начала 90-х годов ежегодное количество выбросов снижалось, но в 33 регионах, в том числе в Кемеровской, Оренбургской областях, Красноярском, Приморском и Алтайском краях загрязнение атмосферы от предприятий электроэнергетики, черной и цветной металлургии, химической , нефтехимической и топливной промышленности существенно увеличилось.

Первое место по выбросам занимает Норильск : течение года в атмосферу выброшено 2,1 млн. т диоксида серы, 27 т свинца, 52 т сероуглерода, 37 т ксилола.. На втором месте – Новокузнецк : около 500 тыс. т. Третье и четвертое место занимают Липецк и Магнитогорск (350 и 320 тыс. т соответственно).

По результатам мониторинга специалисты определили 22 города с самым плохим воздухом. В них индекс загрязнения атмосферы больше 14 (уже при коэффициенте 7 уровень загазованности считается высоким).

Это : Балаково, Бийск, Братск, Екатеринбург, Иркутск, Кемерово, Краснодар, Красноярск, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Москва, Новокузнецк, Новороссийск, Омск, Ростов – на Дону, Селенгинск, Тюмень, Улан – Удэ, Хабаровск, Чита, Южно – Сахалинск..

Высокое и очень высокое загрязнение воздуха было зарегистрировано в прошлом году в 31 городе страны с населением 17,5 млн .чел (более чем десятикратное превышение ПДК было обнаружено в 266 замерах). В Омске, например, содержание ацетальдегида в атмосфере было выше ПДК в 73 раза, этилбензола – в 55, хлористого водорода в 34раза..

Установлена достоверная связь между содержанием сернистого ангидрида в атмосферном воздухе и распространением стенокардии, болезней кожи и верхних дыхательных путей у населения. С загрязнением окружающей среды железом связано распространение мочекаменной болезни, с медью – ожирение и болезни костно - мышечной системы. Высокое содержание марганца способствует развитию ишемической болезни сердца.

Самую большую опасность представляют вещества, способствующие развитию раковых заболеваний. Это : диоксины фромальдегид, бензпирен, никель, бензол, этиленоксид, хлороформ.

                             Численность населения

           подвергающаяся воздействию атмосферного

       воздуха, загрязненного канцерогенными веществами

Предыдущие материалы: Следующие материалы: