Шпаргалка по экологии

1. Понятие об экологии. Предмет и задачи применительно к деятельности инженеров
машиностроительных и проектно-конструкторских предприятий.
Предмет экологии – совокупность связей между организмом и средой. Экология – наука изучающая
взаимодействия организмов с окружающей средой и друг с другом. Сюда относятся и все условия
существования, как неорганические условия – климат, неорганическая пища, состав воды, почвы и т.д., так и
органические – общие отношения организмов ко всем остальным организмам. Задачи теоретической
экологии: (1) разработать стереотип устойчивости экосистемы (2) изучение механизмов адаптации к среде (3)
регуляция численности популяций (4) изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания
(5) исследование продуктивности процессов в экосистеме (6) исследование процессов, протекающих в
биосфере, с целью поддержания ее устойчивости (7) моделирование состояния биосферы и экосистем с
учетом глобальных биосферных процессов. Задачи прикладной экологии: (1) прогнозирование и оценка
возможности отрицательных последствий для окружающей среду, проектирование и конструирование
предприятий (2) оптимизация инженерных, технологических и проектно-конструкторских решений, исходя
из минимального ущерба окружающей среде (3) улучшение качества окружающей среды (4) сохранение,
воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов (5) стратегическая задача – развитие
теории взаимоотношения природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое
общество как неотъемлемую часть биосферы.
2. Основные причины загрязнения. Качество среды, критерии качества. Ксенобиотики. Некоторые
виды классификации экологии. Законы экологии.
Основные причины загрязнения:
Самая загрязняющая отрасль окружающей среды — горно-металлургическая — оказывает прямое и
косвенное воздействие на биосферу. Прямое влияние состоит в использовании значительной площади земель
для сооружения карьеров и подземных рудников, строительства обогатительных фабрик и металлургических
заводов, а также под отвалы вскрышных пород, хвостохранилища, шлакоотвалы и т.д. При этом отторгаются
и гибнут значительные сельскохозяйственные угодья. Косвенное влияние распространяется на значительно
большие расстояния и проявляется в осаждениях газов, пыли и химических веществ, деформации
поверхности, повреждении растительного покрова, снижении продуктивности СХ угодий, животноводства и
рыбного хозяйства, изменении химического состава и динамики движения поверхностных и грунтовых вод.
Все это оказывает влияние не только на природную систему, но и на социально-гигиеническую обстановку,
связанную с жизнью человеческого общества.
Качество среды: качество окружающей среды – мера соответствия окр. среды и природных условий
потребностям людей и других живых организмов. Качественная оценка – показания отдельных компонентов:
воздух, вода, почва. Стандарты качества окружающей природной среды: единые требования и нормативы,
предъявляемые к состоянию окр. среды и деятельности производственно-хозяйственных объектов.
Экологические стандарты: определяют предельно-допустимые нормативы вредного антропогенного
воздействия на окр среду, превышение которых создает угрозу сохранению оптимальных условий
существования человека и его окружения. Производственно-хозяйственные стандарты: определяют
предельно-допустимые параметры производственно-хозяйственной деятельности конкретных объектов с
точки зрения экологической защиты природной среды.
Критерии качества: 1) скорость роста биомассы; 2) соотношение видов организмов, чтобы обеспечить
экологическое равновесие; 3) соотношение биомасс отдельных видов живых организмов.
Ксенобиотики – вещества, чеждые для жизни организмов – снижают плодородие почвы.
Некоторые виды классификации экологии: основная часть экологии – общая экология – биологическая наука,
изучающая общие закономерности взаимоотношения любых живых организмов и среды, включая человека
как биологический вид. В ее составе: Аутоэкология (организм-среда). Синэкология (сообщество-среда) изучает сообщества живых организмов и их взаимоотношения со средой. Популяционная (популяция-среда) изучает структуру и динамику популяций отдельных видов. Инженерная - принципы создания новых
экологических технологий. Сельскохозяйственная - занимается возможностью сохранения почв, вод,
атмосферы. Математическая - занимается процессами в биосфере. Городская – о процессах в городе.
Социальная - занимается изучением природы человеческого общества. Прикладная - разрушение биосферы
человеком, способы предотвращения этого. Теоретическая - разработка принципов рационального
природопользования.
Законы экологии: 1. З.внутреннего динамического равновесия: наличие ответных реакций отдельных или
взаимосвязанных природных систем и их иерархий при воздействии на них вещества, энергии или
информации; любое изменение среды ведет к ответным реакциям, стремящимся нейтрализовать результаты
изменений. 2. З.толерантности — фактором, ограничивающим процветание организма или вида, может быть
как минимум, так и максимум экологического воздействия. 3. З.максимизации энергии: выживание или
сохранение одной системы в соперничестве с другими определяется наилучшей организацией поступления в
нее энергии и использования ее максимального количества наиболее эффективным способом. 4. З.минимума:
успешное функционирование популяции или сообщества живых организмов зависит от комплекса условий,
однако ограничивающими факторами являются те, которые приближаются или выходят за границу
устойчивости популяции. 5. З.ограниченности природных ресурсов: все природные ресурсы Земли являются
конечными.
6. З.пирамиды энергий, правило 10%: каждый последующий трофический уровень ассимилирует не более
10% энергии предыдущего. 7. З.заполнения экологической ниши: исчезнувший или уничтоженный вид
заменяется функционально близким или экологически аналогичным видом. Законы Коммонера: 1. Все
связано со всем - об экосистемах и биосфере. 2. За все надо платить - всеобщий «закон» рационального
природопользования. Платить нужно энергией за дополнительную очистку отходов, удобрением — за
повышение урожая, санаториями и лекарствами — за ухудшение здоровья человека. 3. Все надо куда-то
девать - о хозяйственной деятельности человека, отходы от которой неизбежны, и потому нужно думать и об
уменьшении их количества и о последующем захоронении этих отходов. 4. Природа знает лучше - нельзя
пытаться покорять природу, а нужно сотрудничать с ней, используя биологические механизмы для очистки
стоков и повышения урожая культурных растений. При этом нельзя забывать о том, что сам человек является
биологическим видом, частью природы, а не ее властелином.
3. Понятие о биосфере и ее место среди других геосфер.
Биосфера – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности
живое вещество планеты. Термин был введен в 1875г. Эдуардом Зюссом. Атмосфера, гидросфера, литосфера
– составляющие биосферы, в которых существует жизнь.
Строение:
–
живое вещество (совокупность живых организмов)
–
косное вещество (все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не
созданные ими)
–
биокосное вещество (нефть)
–
биогенное вещество (геологические породы, созданные живыми организмами).
Факторы, определяющие границы биосферы, — неблагоприятные условия для жизни организмов.
Биосфера по вертикали разделяется на две четко обособленные области: верхнюю, освещенную светом, фотобиосферу, в которой происходит фотосинтез, и нижнюю, «темную», - меланобиосферу, в которой
фотосинтез невозможен. На суше граница между ними проходит по поверхности Земли.
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть
литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана. В. И. Вернадский отмечал,
что «пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни». На развитие жизни, а,
следовательно, и границы биосферы оказывают влияние многие факторы и
прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе. Ограничивают область
распространения жизни и слишком высокие или низкие температуры. Элементы минерального питания
также влияют на развитие жизни. К ограничивающему фактору можно отнести и сверхсоленую среду
(превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни подземные воды
с концентрацией солей свыше 270 г/л.
В планетарной биосфере выделяют континентальную и океаническую биосферы,
которые
отличаются
геологическими,
географическими, биологическими,
физическими
и
другими
условиями. Нижний предел распространения живого ограничивается дном океана (глубина около 11 км)
или изотермой в 100 град. C в литосфере (по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове эта
цифра составляет около 6 км). Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км. Таким
образом, вертикальная мощность океанической биосферы составляет 17 км, сухопутной до 12 км. Вверх,
в атмосферу, биосфера простирается не выше наибольших плотностей
озонового экрана, что составляет 22-24 км. Следовательно, предел протяженности биосферы на
Земле выражается цифрой 33-35км, хотя теоретически он может быть более широким. На основе работ
В. И. Вернадского и других исследователей, внесших большой вклад в изучение биосферы планеты,
предлагается различать три основные ее формы:
1.
формы биологической систематики, включающие популяции, виды, роды, семейства и др.,
принятые в ботанике и зоологии;
2.
биогеографические формы – территории, характеризующие географическое распространение и
распределение растений и животных, специфику флоры и фауны. Это биогеографические зоны, области
и т.д. Отдельно выделяются ботанико-географические и зоогеографические территории, дающие
представление о составе и характере флоры и фауны;
3.
экологические формы, известные под названием экосистем (биогеоценозов), экотопов, биотопов и
др. Напомним, что биотоп – это участок с однородными экологическими условиями, занятый
определенными биоценозами, экотоп – это место обитания сообщества. В отличие от биотопа, понятие
«экотоп» включает внешние по отношению к сообществу факторы среды.
Это совокупность абиотических условий неорганической среды данного участка, представляющего собой
местообитание конкретного сообщества. Экологические формы определяют специфику
изучения
биосферы в экологических аспектах.
4. Озонный щит Земли и физико-химические процессы получения озона.
Озоновый слой находится в верхних слоях стратосферы, в 6500 раз ослабляет ультрафиолетовое (240-260нм)
и y- излучение. Наблюдения за концентрацией озона в этом слое, ведущиеся только в последние два
десятилетия, фиксируют ее существенное локальное понижение (до 50% от исходной). Такие места,
получившие название "озоновые дыры", в основном обнаруживаются над Антарктидой.
O3 [O+4, 20Причины разрушения O3 озонового слоя:
1. Cl2 - природное извержение, антропогенный фактор - 1 молекула Cl2 разрушает 10000 молекул O3.
2. ClFCH – фреоны, CH4FxClx-1.. Фреоны (хлорфторуглеводороды) широко используются в качестве
хладагентов, вспенивателей пластмасс, газов-носителей в аэрозольных баллончиках, средствах
пожаротушения и т.п. Выполнив свою рабочую функцию, большая часть фреонов попадает в верхнюю часть
атмосферы, где под действием света разрушается с образованием свободных атомов хлора. Далее атомы
хлора интенсивно взаимодействуют с озоном. и т.о. один атом хлора может разрушить не менее 10 тыс.
молекул озона. Следует, однако, отметить, что представления о роли фреонов в разрушении озонового экрана
нашей планеты являются всего лишь гипотезой. С ее помощью трудно объяснить причины периодического
убывания концентрации озона над Антарктикой, тогда как не менее 90% фреонов попадают в атмосферу в
Европе и США.
3. NO2, NxOy - разложение азотных удобрений. выхлопные газы ракет, машин, ядерные взрывы в атмосфере
- 1 молекула NO2 разрушает 10 молекул O3.
Вредное действие озон оказывает в нижних слоях атмосферы:
0,000001 – доля полезного действия;
0,000001-0,000005 вредное вещество;
больше 0,000005 ядовитое вещество (разрушение гемоглобина).
5. Эволюция биосферы. Понятие о ноосфере. Биогенез, ноогенез, ноогенетика. Понятие об
автотрофности человечества.
Эволюция биосферы:
Биосфера – пространство на поверхности земного шара, в котором распространены живые существа.
Экосистема – это совокупность живых организмов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей
средой посредством обмена веществом, энергией, информацией и сохранения устойчивости в течении
длительного времени.
Популяция – совокупность особей данного вида населяющих определенную территорию, внутри которой
осущ. панмиксия(обмен ген. информацией)
По продуктивности: Автотрофные – преобладают продуценты – жив. орг., кот. способны синтезировать орг.
в-во из неорг. составляющих с исп. внешних источников энергии. Эти экосистемы сами снабжают себя
органическим веществом. Гетеротрофные – продуцентов нет или их роль незначительна. Гетеротрофы –
потребители, исп. в-ва, накопленные продуцентами.
По происхождению: природные экосистемы (лес, луг, степь и т.д.) и антропогенные экосистемы
(агроэкосистема, город, квартира и т.д.).
По размеру: микроэкосистемы, мезоэкосистемы (лес), макроэкосистемы (континенты, океаны), глобальная
экосистема (биосфера).
Понятие о ноосфере:
Ноосфера - высшая стадия разви¬тия биосферы, связанная с возникновением и станов¬лением в ней
цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится глав¬ным,
определяющим фактором развития. По этому поводу В. И. Вернадский писал: «Ноос¬фера есть новое
геологическое явление на нашей пла¬нете. В ней впервые человек становится крупной гео¬логической
силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, пере¬страивать
коренным образом по сравнению с тем, что было раньше». Он также отмечал, что человек нераз¬рывно
связан с биосферой, уйти из нее не может, его существование есть ее функция, которую он несет с собой
всюду, неизбежно изменяя ее. Сам В. И. Вер¬надский видел противоречивость отдельных положений
концепции о ноосфере, как идей, охватывающих на¬иболее острые проблемы человечества и его будущего.
По мнению некоторых ученых, еще рано говорить о «сфере разума», или в крайнем случае о самых
началь¬ных стадиях развития ноосферы, о чем свидетельству¬ют многие глобальные экологические
проблемы (пар¬никовый эффект, кислотные дожди, обезлесивание, опустынивание и др.). Вероятно,
ноосферное разви¬тие — это разумно управляемое соразвитие человека, общества и природы, при котором
удовлетворение жиз¬ненных потребностей населения осуществляется без ущерба интересов будущих
поколений. Одна древняя индийская мудрость дополняет эту мысль словами: «Природа — это не то, что мы
получили в наследство от предков, а то, что мы взяли взаймы у потомков». Современная цивилизация сможет
выжить, если бу¬дет действовать как единый разумный механизм, не нарушающий равновесия в биосфере,
основываясь на коллективном разуме и воле.
Биогенез – развитие жизни и биосферы.
Ноогенез – этап развития разума т.е. биосфера превращается в ноосферу.
Ноогенетика – наука, основной задачей которой является исправление нарушений и отклонений от разумных
и целесообразных отношений между человеком и природой и предотвращение их в будущем.
6. Жизнь как термодинамический процесс. Биотехносфера. Понятие о негаэнтропии.
Жизнь как особая форма существования и движения материи является высшей формой по отношению к
другим формам движения, т.е. биологическая система обладает самым высоким уровнем организации.
Возрастание уровня организации биологической системы определяет минимум энтропии. Однако в процессе
движения, дыхания, добывания пищи и других видов деятельности, живой организм теряет часть энергии, а
следовательно, снижается способность к саморегуляции и энтропия возрастает. Потери энергии
компенсируются за счет приема пищи, которая является органическим веществом с высоким уровнем
организации, т.е. с малым значением энтропии.
Возникает понятие о негаэнтропии как мере компенсации потерь энергии в живых организмах. Органические
вещества на Земле образуются за счет фотосинтеза растениями и хемосинтеза бактериями.
В настоящее время понятие о биосфере значительно изменилось. В отличии от первичной биосферы
появилось некое новое состояние природы – биотехносфера. Согласно этой концепции человек настоящего и
будущего должен формировать и проектировать новую природно-техническую среду, т.е. техника – это не
нечто чуждое биосфере, а качественно новый этап ее развития. Человеческое общество со всеми его
особенностями – одна из последовательных этапов развития жизни на Земле, т.е. этап развития биогенеза. В
тоже время человеческое общество превратилось в мощную природную силу, которая сознательно,
целенаправленно меняет всю окружающую среду, в том числе и околоземное пространство. Нужно так
управлять процессами взаимосвязи между человеком и биосферой, чтобы развитие общества не приводило к
деградации биосферы.
7. Экологические факторы окружающей среды – абиотические, биотические.
Абиотические факторы:
Экологические факторы – любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействия на
живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.
Среда – часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое влияние или косвенное
воздействие – воздух, вода, почва (гумус – плодородный слой, содержащий остатки живых организмов –
слагается из детрита, т.е. мертвого органического вещества). Условия жизни – совокупность необходимых
для организмов элементов среды, с кот. они находятся в неразрывном единстве и без которых существовать
не могут.
Абиотические факторы – факторы неживой природы.
Климатические факторы: спектр солнечные лучей, освещенность, температура поверхности Земли,
влажность воздуха, осадки, ветер, давление атмосферы.
Эдафогенные(почвенные) факторы: плодородие, хим. состав, гравиметрическое состояние, влагоемкость,
воздухопроницаемость, температура, механический состав, плотность.
Факторы водной среды. прозрачность, скорость течения, химические – кислород, содержание солей,
жесткость, состав обменных катионов обменная возможность.
Орографические: рельеф, высота склона над уровнем моря, крутизна склона, экспозиция (север/юг).
Факторы питания: качество пищи, количество пищи, макроэлементы, микроэлементы.
Биотические факторы:
Экологические факторы – любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействия на
живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.
Среда – часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое влияние или косвенное
воздействие – воздух, вода, почва (гумус – плодородный слой, содержащий остатки живых организмов –
слагается из детрита, т.е. мертвого органического вещества). Условия жизни – совокупность необходимых
для организмов элементов среды, с кот. они находятся в неразрывном единстве и без которых существовать
не могут.
Биотические факторы – факторы живой природы - воздействие живых организмов: фитогенные, зоогенные,
микробогенные, антропогенные.
Факторы питания: качество пищи, количество пищи, макроэлементы, микроэлементы.
Различные формы взаимодействия между особями и популяциями:
Например, внутривидовая конкуренция.
2. борьба за существование - главный биотический фактор для вида - чем больше совпадают потребности,
тем сильнее борьба.
3. прямая конкуренция – животные дерутся между собой до смерти. У растений – аллопатия – выделение
токсинов.
4. косвенная конкуренция – опосредованная, т.е. не напрямую.
8. Толерантность организма. Экологическая ниша.
ТОЛЕРАНТНОСТЬ – способность живых организмов выдерживать условия жизни.
Кривая толерантности: 1- зона гибели, 2 – зона стресса, 3 – зона нормальной жизнедеятельности – зона
оптимума. Точки минимума и максимума значений факторов называются точками пессимума (предельно
устойчивые, ниже и выше организм не может существовать).
Все факторы взаимосвязаны и действуют комплексом.
Закон толерантности:
- определяет положение, по которому любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим
окружающую среду.
- фактором, ограничивающим процветание организма или вида, может быть как минимальное, так и
максимальное экологическое воздействие.
По способности приспосабливаться к окружающей среде организм бывают:
- эврибионты (в широком интервале экологических факторов)
- стенобионты (в узком интервале экологических факторов)
Экологическая ниша:
Экологическая ниша – место видов в природе, совокупность всех факторов и ресурсов среды, в пределах
которой может существовать вид в природе. Ниша – абстрактное понятие, которое сводит все, в чем
нуждается организм. По Одуму, экологическая ниша – роль, которую играет организм в природе или
профессия организма. Место обитания – адрес организма. Например рассмотрим обитателей почвы – они
различают остатки почвы и размельчают, а потом микроорганизмы раз. дальше. Разные виды могут занимать
одни ниши. Но могут занимать и разные ниши. В природе важное значение имеет дифференциация ниши –
процесс разделения популяции, видов, пространства и ресурсов среды. Фундаментальная ниша – условия
среды, в которых вид может существовать без конкуренции. Реальная ниша – та, которую вид может
отстоять.
V – влажность;
X – химизм пищи;
h – способность к перемещению;
с – освещенность;
T – температура;
9. Адаптация живых организмов. Виды адаптации.
Эк. валентность (пластичность) – способность орг. адаптироваться к отд. факторам окр. среды. Область геогр.
распространения вида –
Адаптация – однонаправленное приспособление организмов к экологическим факторам. Адаптации –
эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов,
обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамических экологических факторов.
Адаптации всегда возникают под воздействием 3х факторов – изменчивость, наследственность, естественный
отбор. Источник адаптации – мутации (генетические изменения).
Адаптация:
Морфологическая – внешние признаки (морфо - форма);
Физиологическая – акклиматизация, миграция, зимовка;
Онтологическая – поведенческая – выраб. в ходе. эв. реакция на изм. окр. среды – затаивание, запугивание.
Внутривидовая конкуренция.
прямая конкуренция – животные дерутся между собой до смерти. У растений – аллопатия – выделение
токсинов.
косвенная конкуренция – опосредованная, т.е. не напрямую.
Межвидовая конкуренция, борьба за существование (главный биотический фактор для вида - чем больше
совпадают потребности, тем сильнее борьба).
10. Экологическая валентность или пластичность различных видов. Ареал вида, его связь с
экологической валентностью.
Экологическая валентность (пластичность) – способность организма адаптироваться к отдельным факторам
или комплексам факторов окружающей среды.
Экологический спектр валентности – сумма экологических валентностей по отношению к факторам среды.
Область географического распространения вида – ареал. Чес больше экологическая валентность, тем шире
ареал.
11. Стемотормный, эвритермный, пессимальный виды устойчивости живых организмов.
12. Понятие о популяциях. Панмиксия.
Популяция – совокупность особей данного вида населяющих определенную территорию, внутри которой
осущ. панмиксия(обмен ген. информацией)
Популяция – это ген. единица вида. В зав. от размеров занимаемой территории различают 3 типа популяции:
1. элементарная поп. – это группа организмов одного вида, которая занимает небольшой однородный
участок. Ген. обмен происходит часто. 2. эк. поп. – это совокупность элементарных популяций. Генетический
обмен реже. 3. Геогр. поп. – группа особей одного вида, занимающих территорию с однородными усл. сущ.
Ген. обмен – редко. Один вид занимает ареал вида – пр-во, кот. вид занимает на земле. По структуре разл.
возрастную структуру – соотн. особей разного возраста. Различают: 1. предрепредуктивный – молодой; 2.
репредуктивный; 3. пострепредуктивный. Структура половая, пространственная структура – колонии, семьи,
стаи. Поп. хар-ка: самая важная хар-ка – плотность. Зависит от биотических и абиотических факторов.
Численность. Индекс численности – число особей отнесенное к единице времени. Рождаемость(P) –
способность популяции к увеличению численности за счет размножения. Смертность(С). Р и С относят к
определенному времени. Баланс(Р/С) и прирост(Р-С) популяции – соотн. рождаемости и смертности.
Выживаемость – доля особей поп. дожившего до размножения. Кривые выживания: В диф. виде зависимость
определяется в виде dN/dt=rN((k-N)/k), где N – численность, r – врожденная скорость, k – макс. число особей.
(k-N)/k – сопротивление среды; r-виды – пионеры, k-виды – с тенденцией к равновесию
13. Расчет численности популяций.
Популяция хар-ся опред. структурой. Стр-ра, численность и колебания численности определяются
экологической нишей, в которой проявляется толерантность вида. Толерантность – способность живых
организмов выдерживать условия жизни. Поп. хар-ки: Численность (N). Индекс численности (dN/dT) – число
особей отнесенное к единице времени. Рождаемость (P=1/N0*dNродившихся/dt) – способность популяции к
увеличению численности за счет размножения. Смертность(С=1/N0*dNумерших/dt). Р и С относят к
определенному времени. Баланс(P/C) и прирост(r=Р-С) популяции – соотн. рождаемости и смертности.
Выживаемость – доля особей поп. дожившего до размножения.
По динамике численности поп. делят на 3 вида: 1. экспоненциальный рост – при отсутствии в отсутствии
сопротивления среды (dN/dt=rN; N=N0ert); 2. S-образный – рост популяции при наличии ограничивающих
факторов Sэк=(Nmax-N0)/Nmax (сопротивление среды), к которым затем происходит приспособление (макс.
адаптационные возможности > сопротивления среды); 3. макс. адаптационные возможности < сопротивления
среды. 1. 2. = dN/dT=rNSэк; 4. Численность поп. претерпевает периодические изменения –
осцилляционная кривая.
Тип динамики популяции зав. от ей дискретности – разобщенности мест обитания: R-стратегия – бурная
короткая жизнь – мелкие слабые быстроразмножающиеся особи; K-стратегия – спокойная долгая жизнь –
крупные сильные медл. особи. В прир. встречается переключение с R на K стратегию в тех или иных
популяциях.
14. Понятие о БГЦ. Сопоставление с понятием «экосисема».
Биогеоценоз – это совокупность живых организмов и абиотической среды вместе с занимаемым им участком
земной поверхности. СТРУКТУРА: компоненты – биотоп (климатопы, эдатопы), биоценоз (фитоценоз,
зооциноз, микробоциноз). Между всеми компонентами существует тесная взаимозав., и тесная взаимосвязь.
Границы биогеоценоза определяются по фитоценозу (важнейший компонент). Виды, которые занимают
ведущее место в биоценозе – ДОМЕНАНТЫ. Степень доменирования – это отношение числа особей 1го вида
к числу особей в сообществе. Предоменанты – живут за счет доменантов. Виды-эдификаторы – создают
среду для всего сообщества. Без этих видов условия среды меняются.
Экологическая система представляет из себя совокупность совместно обитающих разных видов организмов и
условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом. Экосистема – это
безразмерная система (капля воды с ее микробным населением, лес, река…).
15. Схема биогеоценоза. Понятие об экотопе и биоценозе. Антропогенное влияние на БГЦ деятельности
человека.
экотоп – это место обитания сообщества. В отличие от биотопа, понятие «экотоп» включает внешние по
отношению к сообществу факторы среды.
Это совокупность абиотических условий неорганической среды данного участка, представляющего собой
местообитание конкретного сообщества. Экологические формы определяют специфику изучения биосферы в
экологических аспектах
Сообщества взаимодействующих живых организмов представляют собой не случайный набор видов, а
вполне определенную систему, достаточно устойчивую, связанную многочисленными внутренними связями,
с относительно постоянной структурой и взаимообусловленным набором видов. Такие системы принято
называть биотическими сообществами, или биоценозами (что в переводе с латыни и означает "биологическое
сообщество"). Виды связаны многочисленными связями, поэтому изменение численности или исчезновение
одного вида может необратимо сказаться на других видах. Между видами отмечают как пищевые (связанные
с использованием в пищу одних видов другими), так и непищевые связи. Непищевые взаимоотношения
между видами чрезвычайно многообразны: одни виды являются средой обитания для других; ряд видов
помогают другим перемещаться в пространстве или распространять семена. Иногда продолжение рода
невозможно без участия других видов: например, для размножения многих цветковых растений необходимо
участие опыляющих насекомых.
Человек оказывает вредное влияние на БГЦ, например, сброс тепла в воду приводит к потрясению всего
биоценоза водоемов. Источником служат подогретые сбросные воды ТЭЦ и промышленности; повышение
температуры изменяет естественные условия для водных организмов, снижает количество растворенного
кислорода, изменяет скорость обмена веществ. Также к физическому загрязнению относятся радиоактивное
загрязнение вод, попадание различных взвесей в водные системы. (радиоактивные элементы, взвешенные
твердые частицы, тепло, органолептические (цвет, запах), шлам, песок, ил, глина).
Более половины (56%) воды, используемой в хозяйстве, возвращается в природную среду в виде
загрязненных сточных вод. Основную ответственность за загрязнение природных вод несут:
машиностроение, включая судостроение и судоремонт (39% от общего поступления загрязняющих веществ),
коммунальное хозяйство (37%), цветная металлургия (7%) и сельское хозяйство (8% без учета смывов
пестицидов и минеральных удобрений).
Водоемы значительно загрязняются при сбросе сточных вод, содержащих большое количество органического
вещества. В таких водах быстро размножаются грибы и бактерии, что приводит к изменению структуры
животного сообщества и к уменьшению содержания растворенного в воде кислорода. Биологическое
потребление кислорода (БПК) является одним из важнейших критериев уровня загрязнения водоема
органическими веществами. Он определяет количество кислорода, необходимое для разложения
органических загрязняющих веществ.
16. Антропогенная экосистема и условия ее существования. Примеры.
Город является гетеротрофной экосистемой с очень высокой концентрацией потребителей. Действительно,
продукция зеленых растений не играет заметной роли в функционировании урбоэкосистемы. Поэтому городу
необходим приток энергии и вещества с больших площадей, находящихся за его пределами. Среда на входе и
выходе для системы города значительно важнее, чем для такой экосистемы, как, например, лес - город, по
сути, паразитирует на окружающих ландшафтах. Таким образом, при существующем порядке хозяйствования
город почти не производит пищи или других органических веществ, не очищает воздух и почти не
возвращает в круговорот неорганические вещества. Кроме того, урболандшафт является значительным
накопителем и перераспределителем (вместе с перемещаемым грунтом, строительным материалом, топливом
и прочими веществами) многих редких элементов, значительно повышая содержание некоторых из них в
антропогенных экосистемах.
Необходимо заметить, что если растения резко ограничены в возможностях поселения в городе
(лимитирующим фактором является очень фрагментарный и находящийся под сильным антропогенным
прессом почвенный покров), то для животных обнаруживается огромное количество потенциальных
экологических ниш. Это связано с очень большим числом самых разнообразных убежищ (в этом отношении
город ощутимо превосходит природные экосистемы), обилием кормовых ресурсов и высокой комфортностью
местообитаний, особенно для некоторых синантропных групп животных. Существенными особенностями
этих биотопов являются ряд антропогенных факторов, которые накладывают специфический отпечаток на
видовой состав и особенности образа жизни городских обитателей.
17. Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы. Гомеостаз. Сукцессии в экосистеме.
ЭКОСИСТЕМЫ – это основная функциональная единица в экологии поскольку в неё входят организмы и
неживые среды. – это общая категория объединяющая любые взаимодействия в совокупности живого и
неживого. 3 вида экосистем: 1) искусственная 2) естественная 3) сформированная в результате эволюции.
Экосистема – это любое сообщество живых существ вместе с физической средой его обитания
функционирующая как единое целое.
Гомеостаз – способность экосистемы к саморегуляции, т.е. способность сохранять равновесие.
В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи. Отрицательный (уменьшается отклонение от нормы).
Положительный (увеличивается отклонение от нормы). Поддерживать гомеостаз возможно в пределе
отрицательной обратной связи. В любой экосистеме, где существуют пищевые цепи, есть определённые
каналы передачи информации: химические, генетические, энергетические и др. Стабильность сообщества
определяется количеством связей в трофической пирамиде.
Сбалансированность экологического
круговорота и уравновешенность экосистем обеспечивается механизмом обратной связи: управляющий
компонент получает информацию от управляемого и соответственным образом вносит коррективы в
дальнейший процесс управления. Пример олени-волки. Возникновение помех – нарушение обратных связей.
Сильные помехи – гибель экосистем. Помехи: частичные (ядохимикаты, отстрел животных, вылов рыбы);
предельные – разрушают экосистему (уничтожение основного трофического уровня). Гомеостатическое
плато – область в пределе которой экосистема способна сохранять свою устойчивость несмотря на
стрессовые влияния.
Экологическая сукцессия – поступательная динамика экосистемы – последовательный ряд изменений
видовой и трофической структур экосистемы, всей ее организации, или последовательная смена экосистем.
Сукцессия – смена одних видов другими за определенный промежуток времени.
Сукцессии бывают первичными (экосистема возникает на безжизненном месте) и вторичными (сообщество
развивается на месте уже существующего).
В зависимости от причин сукцессии различают:
Экзодинамические – вызванные внешними факторами – изменением климата, понижением уровня грунтовых
вод, подъемом уровня мирового океана и т.п. Связаны в основном с действием механической адаптации
экосистемы к факторам внешней среды.
Эндодинамические - вызванные внутренним механизмом экосистемы. Приводятся в действие особыми
законами, механизмами. На любом, даже безжизненном субстрате, рано или поздно расцветает жизнь. При
этом типы сообществ, в данном пр-ве последовательно сменяют друг друга, постепенно усложняясь и
увеличивая видовое разнообразие, формируя т.н. сукцессионный ряд, состоящий из последовательных
стадий, отмечающих смену одного сообщества другим. Сукцессионный ряд заканчивается стадией зрелости,
на которой экосистема изменяется очень мало - климаксными экосистемами. Вмешательство человека в
природу ведет зачастую также к явлению дигрессии, когда климакс экосистемы достигается на более ранних
стадиях сукцессии, вследствие чего экосистемы значительно упрощаются.
Следует различать автотрофные и гетеротрофные сукцессии. Динамика гетеротрофов целиком подчинена
динамике автотрофов - смена животных сообществ зависит от смены растительных сообществ. В
гетеротрофных сукцессиях участвуют только животные (гетеротрофы, консументы). Гетеротрофная
сукцессия предполагает обязательное наличие определённого запаса энергии, аккумулированной в
органическом веществе. Она заканчивается вместе с исчерпанием ресурса энергии, то есть после полного
разложения исходного субстрата. После этого экосистема перестает существовать (гниющее дерево)
Сукцессии бывают (P-производимая биомасса; R-расход на дыхание):
- автотрофные - растущий лес – P/R>1;
- гетеротрофные - расходуется больше вещества, чем производится – P/R<1;
- климаксная система - состояние равновесия – P/R=1.
18. Понятие о фотосинтезе растений. Механизм процессов.
ФОТОСИНТЕЗ – синтез сахара из неорганических веществ – CO2 и H2O, при помощи солнечной энергии.
6H12O6 + 6O2 + 6H2O на многообразие экосистем, все они обладают
структурным сходством. В каждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения - продуценты,
различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они и составляют биотическую структуру
экосистем.
Листья растений осуществляют три важных процесса – фотосинтез, испарение воды и газообмен. В процессе
Ф. из воды и CO2 под действием солнечных лучей синтезируются органические вещества. Днем, в р-те Ф. и
дыхания, растение выделяет O2 и CO2, а ночью – только CO2, образующийся при дыхании. Больш. раст.
способно синт. хлорофилл. Необходимая для Ф. световая энергия в известных пределах поглощается (1%) в
красной области спектра. В хлоропластах вместе с хлорофиллом имеются пигменты каротин и ксантофилл.
Оба этих пигмента поглощают синие и, отчасти, зеленые лучи и пропускают красные и желтые. Вып. роль
экранов, защищающих хлорофилл от разруш. действия синих лучей. Процесс фотосинтеза слагается из
целого ряда последовательных реакций, часть которых протекает с поглощением световой энергии, а часть –
в темноте. Устойчивыми окончательными продуктами фотосинтеза являются углеводы (сахара, а затем
крахмал), органические кислоты, аминокислоты, белки. Интенсивность также зависит от фазы развития
растения. Применение изотопного метода анализа показало, что кислород, возвращающийся в атм. (16О)
принадл. H2O, а не CO2, в котором преобладает другой его изотоп - 15О.
Световая фаза:
1. Фотолиз воды –
2. Созд. разности пот. на мембране (eмембране и синт. в АТФ; 3. Образование H из (e- и H+).
Темновая фаза:
– реакция поликонденсации.
Σ: 6CO2 + 6H2O
(nv) C6O12O6 + 6O2|;
19. Понятие о хемосинтезе. Уравнения химических реакций. Связь его с автотрофностью.
Хемосинтез – синтез органического вещества с помощью бактерий. Источником углерода служит СО2,
который восстанавливается с помощью Н2 или H2S. Процесс идет только в присутствии бактерий (серо-,
железо-бактерий). 6CO2 + 12H2S→(CH2O)6 + 6H2O + 12S. Процесс идет за счет дечтельности бактерий и
кислород не выделяется, а образуется S, H2S и др.
Автотрофы – живые организмы, которые способны синтезировать органическое вещество из неорганических
составляющих с использованием внешних источников энергии. Эти экосистемы сами снабжают себя
органическим веществом. (фотосинтез растений и сине-зеленых водорослей, хемосинтез бактерий).
20. Круговорот веществ и энергии в биосфере. Понятие о трофической цепи. Составные компоненты
трофической цепи (продуценты, консументы, редуценты).
Круговорот в биосфере - повторяющиеся процессы превращений и пространственных перемещений веществ,
имеющие определенное поступательное движение, выражающееся в качественных и количественных
различиях отдельных циклов.
Выделяют два вида круговорота:
–
большой (геологический) (круговорот веществ протекает от нескольких тысяч до нескольких
миллионов лет, включая в себя такие процессы, как круговорот воды и денудация суши. Денудация суши
складывается из общего изъятия вещества суши (52990 млн.т/год), общего привноса вещества на сушу (4043
млн.т/год) и составляет 48947 млн.т/год. Антропогенное вмешательство ведет к ускорению денудации,
приводя, например, к землетрясениям в зонах водохранилищ, построенных в сейсмоактивных районах)
–
малый (биотический) (круговорот вещества происходит на уровне биогеоценоза или
биогеохимического цикла)
ПОТОК ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМЕ: Трофическая цепь является энергетической цепью. Любое количество
органического вещества эквивалентно количеству энергии. Эту энергию извлекают, разрывая энергетические
связи вещества. Поток вещества – это перемещение вещества в форме химических элементов или их
соединений от продуцентов к редуцентам или без них. Поток энергии – это переход энергии в виде
химической связи по цепям питания от одного трофического уровня к другому. Энергия может быть
использована 1 раз. Скорость потока энергии – это количество энергии, перемещающаяся с одного
трофического уровня на другой в единицу времени. Пищевая цепь -–это основной канал переноса энергии в
пищевых системах. Биомассы на Земле: 90% - фитофаги, 55% - фитомасса тропических лесов, 5% - зоомасса.
Энергия солнца усваивается растениями и за счет этого живут другие организмы.
Трофическая цепь (цепь питания) – это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему
энергии от одних организмов к другим.
Все организмы делятся на 2 группы:
1. автотрофы
2. гетеротрофы
По функции в пищевой цепи:
–
продуценты (создают органическое вещество, потребляемое остальными, автотрофы)
–
консументы (потребители органического вещества – травоядные, плотоядные, всеядные)
–
редуценты (разлагают мертвое органическое вещество до неорганических веществ и возвращают его в
нежив. природу)
Звенья расположены на различных уровнях – продуценты, консументы и редуценты. Примеры цепей
питания:
сельскохозяйственная цепь –
в водоеме –
Энергетические превращения осуществляются по законам термодинамики – энергия переходит из одной
формы в другую, но не исчезает и не появляется. Живые системы открыты для обмена энергией. Извне
поступает даровая энергия солнца. В живых системах есть компоненты, обладающие механизмом
улавливания, концентрации и рассеивания энергии (увеличение энтропии). Процесс образования порядка в
системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией, он ведет к уменьшению энтропии.
21. Упрощенная трофическая цепь в БГЦ и объяснение ее функционирования.
22. Энергетика и продуктивность в БГЦ. Первичная продуктивность, чистая первичная
продуктивность, вторичная продуктивность.
Академик Шварц назвал трофическую цепь – цепь по выработке энергии. На каждом уровне каждый объект
цепи обладает определенной способностью вырабатывать органическое вещество, а часть расходовать на
движение, дыхание и т.д., т.е. обладает продуктивностью.
Продуктивность в БГЦ – скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе
фотосинтеза, хемосинтеза, образуя вещество, которое дальше может быть использовано как пища.
Продуктивность бывает первичной и вторичной:
–
первичная (продуценты – оценивается как скорость усваивания лучистой энергии Солнца)
–
вторичная (консументы и редуценты – скорость усваивания энергии солнца через продуцентов)
Первичная бывает валовая и чистая:
–
валовая (вся энергия, которую растения уловили и перевели в органическое вещество)
–
чистая (все вещество за вычетом расходов на дыхание и отмирание. Закон пирамиды энергий, правило
10%: каждый последующий трофический уровень ассимилирует не более 10% энергии предыдущего)
23. Связь между продуктивностью и расходами на дыхание для автотрофной и гетеротрофной
сукцессий. Климаксные системы.
Следует различать автотрофные и гетеротрофные сукцессии. Динамика гетеротрофов целиком подчинена
динамике автотрофов - смена животных сообществ зависит от смены растительных сообществ. В
гетеротрофных сукцессиях участвуют только животные (гетеротрофы, консументы). Гетеротрофная
сукцессия предполагает обязательное наличие определённого запаса энергии, аккумулированной в
органическом веществе. Она заканчивается вместе с исчерпанием ресурса энергии, то есть после полного
разложения исходного субстрата. После этого экосистема перестает существовать (гниющее дерево)
Сукцессии бывают (P-производимая биомасса; R-расход на дыхание):
- автотрофные - растущий лес – P/R>1;
- гетеротрофные - расходуется больше вещества, чем производится – P/R<1;
- климаксная система - состояние равновесия – P/R=1.
На любом, даже безжизненном субстрате, рано или поздно расцветает жизнь. При этом типы сообществ, в
данном пр-ве последовательно сменяют друг друга, постепенно усложняясь и увеличивая видовое
разнообразие, формируя т.н. сукцессионный ряд, состоящий из последовательных стадий, отмечающих смену
одного сообщества другим. Сукцессионный ряд заканчивается стадией зрелости, на которой экосистема
изменяется очень мало - климаксными экосистемами. Вмешательство человека в природу ведет зачастую
также к явлению дигрессии, когда климакс экосистемы достигается на более ранних стадиях сукцессии,
вследствие чего экосистемы значительно упрощаются.
24. Понятие об эвфотической зоне.
Под эвфотической зоной понимается поверхностный слой воды (порядка 5 см до поверхности). В
эвфотической зоне обитают живые организмы, свободно плавающие на поверхности воды или неподвижные
(икра, водомерки, рачки, большое количество водных клопов).
25. Два вида круговорота вещества в биосфере: большой – экологический и малый – биотический.
Под круговоротом в биосфере понимают повторяющиеся процессы превращений и пространственных
перемещений веществ, имеющие определенное поступательное движение, выражающееся в качественных и
количественных различиях отдельных циклов. Выделяют 2 круговорота – большой (геологический) и малый
(биотический). БОЛЬШОЙ (геологический) круговорот веществ протекает от нескольких тысяч до
нескольких миллионов лет, включая в себя такие процессы, как круговорот воды и денудация суши.
Денудация суши складывается из общего изъятия вещества суши (52990 млн.т/год), общего приноса
вещества на сушу (4043 млн.т/год) и составляет 48947 млн.т/год. Антропогенное вмешательство ведет к
ускорению денудации, приводя, например, к землетрясениям в зонах водохранилищ, построенных в
сейсмоактивных районах.
МАЛЫЙ (биотический) круговорот веществ происходит на уровне биогеоценоза или биогеохимического
цикла.
26. Понятие биогеохимического цикла. Примеры.
Понятие о биогеохимическом цикле включает в себя круговорот хим в-в из неорг-й среды через
растительные и животные организмы обратно в неорг-ю среду с исп-ем солнечной энергии для протекания
хим р-ций.
27. Круговорот углерода в природе.
Углерод включается в состав органических элементов в процессе фотосинтеза из CO2. Другие процессы
биосинтеза преобразуют углерод в крахмал, гликоген и другие вещества. Эти вещества формируют ткани
фотосинтезирующих организмов и служат источником органических веществ для животных. В процессе
дыхания организма окисляются сложные органические вещества и выходит CO2, который опять участвует в
фотосинтезе. Время круговорота – 8 лет.
Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой – C02. Источником является
вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних слоев земной коры.
Миграция C02 в биосфере Земли протекает двумя путями:
1-й путь закладывается в поглощение его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и
последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцы, рассеянной органики,
осадочных горных пород. Так, в далёкие геологические эпохи сотни млн. лет назад значительная часть
фотосинтетического органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а
накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах млн.
лет, этот детрит под действием высоких t и P (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ
и уголь (в зависимости от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах).
Теперь в ограниченных количествах добывают это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в
энергии, а сжигая его, в определённом смысле завершают круговорот углерода.
По 2-му пути миграция С осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2
переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция происходит осаждение
карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим
большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в
океане. В пределах суши, где существуют растения, CO2 атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в
дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и
животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в
современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное
возрастание содержания CO2 в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.
28. Круговорот азота в природе.
При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в NH4,
который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется в азотную кисл¬оту. Она
вступая в реакцию с находящимся в почве карбонатами (например с СаСО3), образует нитраты:
Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот
выделяется также при горении органических веществ, при сжигание дров, каменного угля, торфа. Кроме
того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать O2 от нитратов,
разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к
тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) пере¬ходит в недоступную
(свободный азот). Т.о., далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в
почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде. Непрерывная убыль минеральных азотных
соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не
существовали процессы возмещения потери азота. К таким процессам относятся прежде всего
про¬исходящие в атмосфере электрические разряды. При грозах они синтезируют из азота и кислорода
оксиды азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращаясь в почве в ни¬траты (аммиак). Другим
источником попадания азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых
азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бак¬терий поселяются на корнях
растений из семейства бобовых, вы¬зывая образования характерных вздутий — «клубеньков». Усваи¬вая
атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою
очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. При распаде растительного и
животного белка азот вновь попадает в неживую природу, откуда поступает в состав новых по¬колений
живых организмов, а часть азота в виде моле¬кул возвращается в атмосферу. Таким образом, в природе
совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее
богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения,
возмещающие убыль в ней важных элементов питания растений.
29. Круговорот фосфора в природе.
Фосфор – очень важный элемент для всего живого, поскольку участвует в образовании и превращении
азотистых веществ и углеводов в живых тканях – биосинтезе белков, нуклеиновых кислот, играющих
главную роль в хранении и передаче наследственной информации и обеспечивающих синтез белков в
клетках, пептидов и т.д., входит в состав
скелета, тканей мозга, хромосом, ферментов, вирусов, протоплазмы живой клетки.
Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах P
содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи.
Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических
соединений, где он выступает в форме т.н. органического фосфата. По пищевым цепям P переходит от
растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления
содержащегося P соединения в процессе клеточного дыхания для получения органической энергии. Когда это
происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова
может поглощаться растениями и начинать новый цикл. В отличие, например, от CO2, который, где бы он ни
выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками, пока снова не усвоится
растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет «свободного возврата» в атмосферу. Попадая
в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Чтото может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества,
оказывающаяся к тому же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются
над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет.
30. Механизм действия обратных связей при реализации гомеостаза. Понятие о гомеостатическом
плато.
Гомеостаз – способность экосистемы к саморегуляции, т.е. способность сохранять равновесие.
В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи.
–
Отрицательный (уменьшается отклонение от нормы)
–
Положительный (увеличивается отклонение от нормы)
Поддерживать гомеостаз возможно в пределе отрицательной обратной связи. В любой экосистеме, где
существуют пищевые цепи, есть определённые каналы передачи информации: химические, генетические,
энергетические и др. Стабильность сообщества определяется количеством связей в трофической пирамиде.
Сбалансированность экологического круговорота и уравновешенность экосистем обеспечивается
механизмом обратной связи: управляющий компонент получает информацию от управляемого и
соответственным образом вносит коррективы в дальнейший процесс управления. Пример олени-волки.
Возникновение помех – нарушение обратных связей. Сильные помехи – гибель экосистем. Помехи:
частичные (ядохимикаты, отстрел животных, вылов рыбы); предельные – разрушают экосистему
(уничтожение основного трофического уровня). Гомеостатическое плато – область в пределе которой
экосистема способна сохранять свою устойчивость несмотря на стрессовые влияния.
31. Антропогенные помехи и их влияние на гомеостаз.
Возникновение помех – нарушение обратных связей. Сильные помехи – гибель экосистем. Помехи:
частичные (ядохимикаты, отстрел животных, вылов рыбы); предельные – разрушают экосистему
(уничтожение основного трофического уровня).
32. Понятие о загрязнении окружающей среды. Классификация загрязнений.
Загрязнение – неблагоприятное изменение окружения, являющегося побочным результатом деятельности
человека. Привнесение в среду новых, не характерных для нее физических, химических или биологических
компонентов или превышение естественного многолетнего содержания этих компонентов. Воздух, вода,
почва – объекты загрязнения. Растения, животные микроорганизмы, человек.
Классификация загрязнений:
1.
2.
пловое, световое ЭМ, шумовое, радиационное.
3.
Биотическое (на популяции).
4.
Стационарное деструкционное изменение ландшафта.
Главные источники загрязнений биосферы:
- углекислый газ (образуется при сгорании всех видов топлива. Увеличение его содержания в атмосфере
приводит к парниковому эффекту и глобальному потеплению, что чревато пагубными геохимическими и
экологическими последствиями)
- окись углерода (образуется при неполном сгорании топлива. Ядовитое вещество. Может нарушать тепловой
баланс верхней части атмосферы)
- сернистый газ (содержится в дымах промышленных предприятий. Вызывает обострение респираторных
заболеваний, наносит вред растениям. Разъедает известняк)
- окиси азота (создают смог и вызывают респираторные заболевания. Способствуют чрезмерному
разрастанию водной растительности)
- фосфаты (содержатся в удобрениях. Главный загрязнитель вод в реках и озерах)
- ртуть (один из самых опасных загрязнителей пищевых продуктов, особенно морского происхождения.
Накапливается в организме и вредно действует на нервную систему)
- свинец (добавляется в бензин и затем с продуктами сгорания выбрасывается в атмосферу. Действует на
ферментные системы и обмен веществ в живых клетках)
- нефть (приводит к пагубным экологическим последствиям, вызывает гибель планктонных организмов,
рыбы, морских птиц и млекопитающих)
- ДДТ (дифтордихлортриметилметан) и другие (очень токсичны для ракообразных, пестициды убивают рыбу
и организмы, служащие кормом для рыб. Многие являются канцерогенами)
- радиация (превышение допустимых доз приводит к злокачественным новообразованиям и изменениям в
генотипе (мутациям))
Технологические причины глобального загрязнения:
1.
Осваивание невозобновимых и возобновимых природных ресурсов.
2.
Строительные и горные работы.
3.
Сжигание топлива.
4.
Производство минеральных удобрений.
5.
Развитие химической промышленности.
6.
Несовершенство технологий.
33. Состав атмосферы и виды загрязнений воздуха.
Атмосфера – воздушная оболочка Земли.
Состав атмосферы: N2 – 78%, O2 – 21%, Ar и др. инертные газы– 0,9%, CO2 – 0,03%.
Атмосфера делится на гомосферу и гетеросферу, граница между ними на высоте 100км. Гомосфера
характеризуется однородным и устойчивым газовым составом. Выше этой границы характерен нарастающий
уровень ионизации газов за счет фотодиссоциации. Свойства – озоновый слой (термосфера, магнитосфера,
тропосферы 4/5 массы атмосферы), низкая плотность воздуха – закрывает возможность существования
организмов (околоземные организмы). Способность атмосферы к самоочищению (ветер, осадки, лес).
Источники загрязнения атмосферы.
В общем количестве выбросов вредных веществ в атмосферу над территорией России доминируют выбросы
от стационарных источников (промышленность, ТЭЦ). Суммарный выброс загрязняющих веществ в 1991
году составил 53 млн. т (32-от промышленности, 21-от автотранспорта).
Основные загрязнители: 1) CO – воздействует на нервную и сердечно-сосудистую системы; 2) Оксиды азота,
в основном NO2 – взаимодействуя с углеводородами выхлопных газов, образуют фотохимический смог. В
чистом виде приводят к отеку легких; 3) SO2 – накапливается в листьях и хвое, чем наносит урон лесам;
раздражает слизистые оболочки; 4) Углеводороды (пары бензина, пентан, гексан) – обладают наркотическим
действием, вызывают головные боли, головокружение; 5) Альдегиды – раздражают слизистые оболочки; 6)
Соединения свинца – нарушают синтез гемоглобина, провоцируют заболевания дыхательных путей, нервной
системы; 7) Атмосферная пыль: сажа, содержащаяся в пыли, обладает большой адсорбционной способностью
к тяжелым углеводородам, что делает ее опасной для здоровья человека.
Кислотные дожди — осадки, кислотность которых выше нормальной. Связаны с выбросами в атмосферу
сернистого газа, сероводорода, окисла и диокисла азота, углекислого газа. Антропогенным источником SO2
является процесс сжигания ископаемого топлива. Негативное воздействие: подкисление озер и рек,
деградация лесов, вымывание биогенов из почвы, влияние на людей и изделия.
Смог - любое видимое загрязнение воздуха, обычно в сочетании дыма, влаги и пыли. Смог лондонского типа
(наблюдается при пасмурной, туманной погоде, способствующей возрастанию концентрации сернистого
ангидрида и трансформации его в аэрозоль серной кислоты; симптомы: удушье, резь в глазах, тошнота), и
лос-анджелесского типа (сухой или фотохимический) содержит продукты разложения загрязняющих веществ
солнечными лучами.
Существуют критерии загрязнения для основных загрязнителей. Сейчас виды стандартов по охране
атмосферного воздуха включают нормативы ПДК загрязняющих веществ (взвешенные частицы, аэрозоли,
пыль; газообразные компоненты); нормативы биологического загрязнения (микробы, вирусы, аллергены);
нормативы предельно допустимых уровней (ПДУ) вредных физических воздействий (звуковые колебания,
электромагнитное воздействие, тепловое загрязнение, проникающая радиация, вибрация…); стандарты
выбросов: нормативы ПДВ.
34. Роль CO2 в прозрачности воздуха и изменение альбедо при действии промышленных выбросов.
Атм. земли вып. фун. своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солн. тепло, не давая ему при этом
испариться обратно в космос. Этот эф. достигается благодаря нек. атм. газам второстепенного значения,
каковыми являются, например, вод. пар и CO2. Пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет,
излучаемый солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и
образующееся при нагревании земной пов. Иначе Земля была бы на 30o холоднее. Естественный парниковый
эффект - это устоявшийся, сбалансированный процесс. Увеличение концентрации «парниковых» газов в
атмосфере прив. к усилению эф., кот. свою очередь приведет к глоб. потеплению климата. Количество СО2 в
атмосфере растет вот уже более века из-за того, что в кач. ист. энергии стали широко применяться разл. виды
ископаемого топлива (уголь и нефть). Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу
попадают и другие парниковые газы, например метан, закись азота и целый ряд хлорсодержащих
веществ(куда более опасны с т.з. глоб. потепл.)
Возможные последствия глобального потепления климата Изменение погоды, увеличению количества
-6м термодинамического цикла планеты.
35. Особенности воздействия загрязнителей на гидросферу. Примеры загрязнения природных вод.
Гидросфера — водная оболочка Земли; масса (1,5-2,5)*1018 тонн; находится в виде паров и облаков, океанов
и морей (91,3% массы), ледников, подземных вод.
Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органических свойств, увеличении содержания
сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода,
появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.
Загрязнители: химические. В этом виде участвуют все виды промышленного, с/х производства, транспорт.
Представляет собой изменение естественных химических свойств воды из-за увеличения в ней вредных
примесей как неорганической. (кислоты, щелочи, соли, нефтепродукты, пестициды, диоксины, тяжелые
металлы, фенолы, аммонийный и нитритный азот); биологические. Вызывается микроорганизмами и
способными к брожению органическими веществами, приводит к бактериологическому заражению (вирусы,
бактерии, другие болезнетворные организмы, водоросли, дрожжевые и плесневые грибы); физические.
Связано со сбросом тепла в воду, что приводит к потрясению всего биоценоза водоемов. Источником служат
подогретые сбросные воды ТЭЦ и промышленности; повышение температуры изменяет естественные
условия для водных организмов, снижает количество растворенного кислорода, изменяет скорость обмена
веществ. Также к физическому загрязнению относятся радиоактивное загрязнение вод, попадание различных
взвесей в водные системы. (радиоактивные элементы, взвешенные твердые частицы, тепло,
органолептические (цвет, запах), шлам, песок, ил, глина).
Примеры загрязнителей: 1) Целлюлозно-бумажный комплекс, деревообработка: органические вещества
(смолы, жиры, лигнины, фенол), аммонийный азот, сульфаты, вывешенные вещества; 2) Нефтегазодобыча:
нефтепродукты, СПАВ, фенолы, аммонийный азот, сульфиды; 3) Машиностроение, металлообработка,
металлургия: тяжелые металлы, взвешенные вещества, цианиды, аммонийный азот, нефтепродукты, смолы,
фенолы, фотореагенты; 4) Химическая, нефтехимическая промышленность: фенолы, нефтепродукты, СПАВ,
полициклические ароматические углеводороды, бензапирен, взвешенные вещества; 5) Горнодобывающая,
угольная: флотореагенты, минеральные взвешенные вещества, фенолы; 6) Легкая, текстильная, пищевая:
СПАВ, нефтепродукты, органические красители, органические вещества.
Более половины (56%) воды, используемой в хозяйстве, возвращается в природную среду в виде
загрязненных сточных вод. Основную ответственность за загрязнение природных вод несут:
машиностроение, включая судостроение и судоремонт (39% от общего поступления загрязняющих веществ),
коммунальное хозяйство (37%), цветная металлургия (7%) и сельское хозяйство (8% без учета смывов
пестицидов и минеральных удобрений). Водоемы значительно загрязняются при сбросе сточных вод,
содержащих большое количество органического вещества. В таких водах быстро размножаются грибы и
бактерии, что приводит к изменению структуры животного сообщества и к уменьшению содержания
растворенного в воде кислорода. Биологическое потребление кислорода (БПК) является одним из важнейших
критериев уровня загрязнения водоема органическими веществами. Он определяет количество кислорода,
необходимое для разложения органических загрязняющих веществ.
36. Загрязнения литосферы. Источники загрязнения.
Литосфера – внешняя твердая оболочка земли, постепенно, с глубиной переходящая в сферы с меньшей
плотностью вещества. Верхний слой литосферы – гумус – конечный продукт разложения мертвых
органических остатков, аморфное вещество, (фенолы, сложные эфиры, карбоновые кислоты) плодородный
слой почвы - особого природного образования, сформировавшегося в результате преобразования горных
пород растениями и животными. Почва обладает особым свойством - плодородием, она служит основой с/х
всех стран.
Загрязнение литосферы.
Пестициды (ядохимикаты) - химические препараты для защиты сельскохозяйственной продукции, растений,
для уничтожения паразитов у животных, для борьбы с переносчиками опасных заболеваний и т.п.
Пестициды в зависимости от объекта подразделяются на:
1.
Гербициды – для уничтожения сорной растительности;
2.
Фунгициды - борьба с грибковыми заболеваниями растений;
3.
Зооциды – борьба с вредителями при хранении, борьба с грызунами;
4.
Немотоциды – внешние паразиты животных;
5.
Дефолианты – для удаления листьев;
6.
Дефлоранты - для удаления цветков;
7.
Инсектициды – против вредных насекомых.
Токсичные действия: - сильно токсичные ПДК<50мг/кг; - высоко ядовитые ПДК<100 мг/кг; - средние ПДК до
1 г/кг; - мало ядовитые ПДК > 1 г/кг.
Пестициды являются единственным загрязнителем, который сознательно вносится человеком в окружающую
среду. Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую
продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных
насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для самого человека. Пестициды,
содержащие хлор (ДДТ, гексахлоран, диоксин, дибензфуран и др.), отличаются не только высокой
токсичностью, но и чрезвычайной биологической активностью и способностью накапливаться в различных
звеньях пищевой цепи. Даже в ничтожных концентрациях пестициды подавляют иммунную систему
организма, повышая таким образом его чувствительность к инфекционным заболеваниям. В более высоких
концентрациях эти примеси оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм человека. ДДТ
Действие: - воздействуют на ЦНС; - аллергены – вызывают аллергические заболевания; - канцерогены –
вызывают раковые заболевания; - мутагены - изменяют генокод.
37. Загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы. Сравнительный анализ.
Загрязнение – неблагоприятное изменение окружения, являющегося побочным результатом деятельности
человека, привнесение в среду новых, не характерных для нее физических, химических или биологических
компонентов или превышение естественного многолетнего содержания этих компонентов. Атмосфера,
гидросфера и литосфера – объекты загрязнения. Осваивание природных ресурсов, строительные и горные
работы, производство минеральных удобрений и последующее их использование в с/х, развитие химической
промышленности – все это оказывает вредное влияние на биосферу в целом. Ни один ее компонент, как
правило, не остается незатронутым. Например, использование в с/х пестицидов одновременно влияет на
состояние гидросферы (пестициды токсичны для ракообразных, убивают рыбу и организмы, служащие
кормом для рыб; многие являются канцерогенами) и литосферы: пестициды с трудом подвергаются
разрушению, накапливаются в почве и загрязняют ее, что приводит к гибели не только вредных, но и
полезных для почвы живых организмов (дождевые черви). Работа промышленных предприятий отражается
на состоянии как атмосферы (углекислый газ - парниковый эффект и глобальное потепление; сернистый газ –
вызывает обострение респираторных заболеваний), так и гидросферы (сброс сточных вод загрязняет
водоемы: вода становится непригодной для питья и жизни гидрофауны). Очень опасны для биосферы
кислотные дожди — осадки, кислотность которых выше нормальной; связаны с выбросами в атмосферу
сернистого и углекислого газа, сероводорода, окисла азота. Антропогенный источник SO2 – сжигание
ископаемого топлива. Негативное воздействие: подкисление озер и рек, деградация лесов, вымывание
биогенов из почвы, влияние на людей и изделия.
Загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы приводит к нежелательным потерям вещества, энергии,
труда; необратимому разрушению отдельных экосистем и биосферы в целом; потере плодородных земель,
снижению продуктивности экосистем и биосферы.
Удовлетворение бесчисленных запросов современного человека вступает в острый конфликт с первоосновой
потребностей каждого – сохранением здоровой среды обитания. Трудности, порождаемые развитием
цивилизации, растущая деградация природной среды и ухудшение условий жизни людей порождает
необходимость действовать, искать новые концепции общественного развития.
38. ГОСТы для определения концентрации веществ, не содержащихся в постоянном составе
атмосферы. ОБУВ, ОДК, ВДК.
39. Понятие о ПДК (ПДК рабочей зоны и ПДК атмосферного воздуха), их отличия.
С позиции экологии ПДК есть верхний предел лимитирующих факторов среды, при которых их содержание
не выходит за допустимые границы экологической ниши человека.
ПДК - предельно допустимая концентрация – норматив – количество вредного вещества в окружающей
среде, при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не
влияющее на окружающую среду в целом, на здоровье человека и не вызывающее неблагоприятных
последствий у его потомства. Устанавливается в законодательном порядке или рекомендуется
компетентными учреждениями (комиссиями и т.п.).
ПДКрз – это концентрация, кот-я при ежедневном 8-часовом рабочем дне или др продолжительности (но не
больше 41 часа в неделю) не вызовет заболеваний в процессе работы или в отдаленное время, в том числе и
последующих поколений. Рабочая зона – 2 м над уровнем пола.
ПДКав – максимальная конц-ция, отнесенная к определенному времени осреднения (24 часа), кот-я при
периодич-м воздействии не оказывает вредного влияния на человека и на среду обитания в целом.
Учитывается в атмосфере насел пункта, не граничащего с пром объектом.
ПДКрз> ПДКав, т.к в раб зоне находятся здоровые люди, прошедшие мед освидетельствование, а в зоне
жилого района в том числе - больные, старики и дети.
В последнее время при определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнителей на здоровье
человека, но и воздействие этих загрязнителей на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а
также на природные сообщества в целом. Исследования самого последнего времени привели к выводу об
отсутствии нижних безопасных порогов (а следовательно, ПДК) при воздействии канцерогенов и
ионизирующей радиации. Любое превышение ими привычных, природных фонов опасно для животных
организмов хотя бы генетически, в цепи поколений.
40. ПДК максимально разовые и ПДК среднесуточные.
Среднесуточная ПДК (ПДК сс) - концентрация загрязнителя в воздухе, не оказывающая токсичного,
канцерогенного, мутагенного воздействия. Действует в течение суток.
Максимальная разовая величина ПДК не должна допускать неприятных рефлекторных реакций
человеческого организма. Действует в течение одного раза (30 мин).
41. ПДК экспериментальные и ПДК расчетные. Методы их определения.
42. Понятие о ПДВ, ВСВ. Эффект суммации.
ПДВ – нормативы предельно-допустимых выбросов вредных веществ, химических и биологических
воздействий. ПДВ в атмосферу, водоемы устанавливается для каждого стационарного источника отдельно.
Установление по каждому источнику загрязнения ПДВ определяется хар-ром выбросов конкретного
предприятия, цеха, установки, поэтому они могут быть различными даже в рамках одного предприятия.
Литосфера загрязняется в результате поступления в нее соединений тяжелых металлов, удобрений,
ядохимикатов. Горные разработки приводят к уничтожению естественного почвенного покрова на огромных
площадях.
В основном загрязнение связано с хозяйственной деятельностью человека (антропогенное загрязнение),
однако возможно загрязнение в результате природных явлений, например извержений вулканов,
землетрясений, падения метеоритов и др.
Если обеспечение ПДВ в данный момент не может быть проведено по техническим причинам, то
учитывается временно согласованный выброс (ВСВ), который за конкретное время поэтапно доводится до
значения ПДВ. Учитывается также эффект суммации.
При наличии 2-х или более примесей возможно появление эффекта суммации – качество окружающей среды
будет соответствовать установленным нормативам при условии:
43. Предельно допустимые нагрузки на водный объект, чем он определяется. Понятие о ПДЭН.
Предельно допустимая нагрузка на водный объект (ПДН) определяется способностью водного объкта
нейтрализовывать примеси, однако, так как использование воды связано также с ее изъятием: 50% идет на
разбавление, а завод средней мощности расходует около 2 млн тонн воды в сутки, то возникает угроза
истощения водного объекта, тогда ПДН с учетом водозабора определяется другим гостом (ПДЭН).
44. Определение загрязненности воды, сопоставление со свойством саморазгрузки водного объекта.
Воды, загрязненные отходами с/х, являются источником многих инфекционных заболеваний. При попадании
в воду биогенных элементов (минеральных органических соединений, содержащих азот, фосфор и др.) в
водоемах наблюдается бурное развитие синезеленых водорослей, уменьшается количество кислорода,
происходит процесс эвтрофикации (эв - свыше, трофи - питаюсь) – повышение биологической
продуктивности многочисленных растений и организмов низшего уровня, происходит цветение воды.
При попадании в воду твердых взвешенных частиц уменьшается прозрачность воды, снижается ф/с,
снижается процесс самоочищения. Реки на 40% состоят из сточных вод.
Важное свойство природных вод – способность к самоочищению под влиянием естественных факторов: газы,
солнечная радиация, растительные организмы (бактерии, живые растения, животные). Антропогенное
воздействие нарушает баланс бодных объектов.
45. Лимитирующий показатель вредности.
Для обеспечения гомеостаза в водной среде и численности популяции живых организмов используется
критерий ЛПВ – лимитирующий показатель вредности. ЛПВ с учетом водопользования: 1) использование
для целей и нужд населения. Здесь важны санитарные нормы - ПДКNH3 = 2мг/литр, ПДКнефть = 0,3 мг/литр;
2) используется для рыбохозяйственных целей. Важны нормы, необходимые для жизни живых организмов ПДКNH3 в 40 раз ниже = 0,05мг/литр, так как NH3 особенно вреден для ихтеофауны, ПДКнефть в 30 раз
ниже = 0,01 мг/литр, так как нефть токсична для с\мальков и личинок.
46. ПДС вредных веществ.
Каждое предприятие устанавливает для себя предельно допустимый сброс (ПДС) – масса вещества в
промышленных сточных водах, допустимая к отведению с установленным режимом сброса в данном пункте
водного объекта в единицу времени с целью обеспечения нормального качества воды на контрольном пункте.
При разработке ПДС учитывается ПДК всех вредных веществ, ассимилирующая способность водного
объекта и предельно допустимая нагрузка на водный объект (ПДН). Водный объект – живая
саморегулирующаяся система. Вредные вещества разбавляются водой и подвергаются окислению под
действием кислорода, на содержание которого влияет состав гидрофлоры и скорость течения воды. Простые
органические вещества могут окисляться до углекислого газа и воды, а более сложные – до простых, менее
токсичных веществ. Следовательно, при оценке ПДС надо учитывать скорость течения воды, рельеф дна,
химический состав пород, мощность сбросов по реке до данного сброса. Следует учитывать, что сброс
вредных веществ производится до уровня саморазгрузки водного объекта, но все равно водная система
выходит из состояния равновесия и создается большая экологическая нагрузка.
47. Понятие о ХПК и БПК, для чего они нужны.
Химическое потребление кислорода (ХПК) определяется как количество кислорода, потребляемое при
химическом окислении содержащихся в воде органических и неорганических веществ.
Биологическое потребление кислорода (БПК) – количество кислорода, израсходованное на аэробное
биохимическое окисление под действием бактерий и разложение нестойких органических соединений,
содержащихся в исследуемой воде. БПК является одним из важнейших критериев уровня загрязнения
водоема органическими веществами. Он определяет количество кислорода, необходимое для разложения
органических загрязняющих веществ.
48. Производственные ограничения на сброс сточных вод.
Запрещается сбрасывать в водные объекты следующие виды сточных вод: 1) воды, которые с помощью
использования рациональной технологии могут быть пригодны для максимального использования в системах
оборотного и повторного водоснабжения; 2) воды с ценными примесями,подлежащими утилизации, 3) воды,
содержащие производственное сырье, продукты и полупродукты конечного производства в количествах,
превышающих установленные нормативы; 4) воды, которые содержат вредные вещества, для которых еще не
установлены ПДК; 5) воды, которые могут быть использованы для орошения в с/х при соблюдении
санитарных требований.
49. Особенности процессов, протекающих в почвах. Понятие о Гумусе. Понятие о ДОК. Для чего он
вводится.
Почва - особое природное образование, сформировавшееся в результате преобразования горных пород
растениями и животными, т.е. в результате почвообразовательного процесса. Почва обладает особым
свойством - плодородием, она служит основой с/х всех стран. Почва состоит из твёрдой, жидкой,
газообразной и животной частей. Твердая часть - это минеральные и органические частицы. Они составляют
от 80-98 % почвенной массы и состоят из песка, глины, илистых частиц, оставшихся от материнской породы
в результате почвообразовательного процесса. Соотношение этих частиц характеризует механический состав
почвы. Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, вода с растворенными в ней органическими и
минеральными соединениями. Воды в почве содержится от долей процента до 40-60 %. Жидкая часть
участвует в снабжении растений водой и растворёнными элементами питания. Газообразная часть,
почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Почвенный воздух содержит больше CO2 и меньше
O2, чем атмосферный воздух, а также метан, летучие органические соединения и др. Живая часть почвы
состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты и др.), представителей
беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных. Они
обитают в основном в верхних слоях почвы, около корней растений, где добывают себе пищу. Некоторые
почвенные организмы могут жить только на корнях. Почва содержит микроэлементы (азот, фосфор, калий,
кальций, сера, железо и др.) и микроэлементы (бор, марганец, молибден, цинк и др.), которые растения
потребляют в ограниченных количествах. Их соотношение определяет химический состав почвы. Из
физических свойств почвы наибольшее значение имеет влагоемкость, водопроницаемость, скважность.
Верхний слой литосферы – гумус – конечный продукт разложения мертвых органических остатков, аморфное
вещество, (фенолы, сложные эфиры, карбоновые кислоты) плодородный слой почвы, основное органическое
вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям. Гумификация процесс образования гумуса.
Установление ПДК загрязняющих веществ в почве находится на стадии разработки. В настоящее время
установлены ПДК для 30 ядохимикатов. Влияние загрязнителей в почве на человека в первую очередь
сказывается через поступление в овощи и фрукты. Поэтому введены специальные госты почвы и пищевых
продуктов – ДОК – мг/кг почвы или мг/кг продукта.
50. Фоновый показатель качества природной среды и ее организации.
51. Понятие о мониторинге, цели и задачи.
Экологический мониторинг – многофункциональный процесс контроля за состоянием объектов экосферы, за
источниками нарушений, экологического равновесия, моделирования и прогнозирования экологического
состояния объектов экосферы., управления экологическими процессами.
Функции мониторинга: 1) контроль за состоянием объектов экосферы; 2) контроль за источниками
нарушений; 3)моделирование и прогноз экологического состояния объектов экосферы; 4) управление
экологическими процессами.
Средства контроля: 1) функциональные (продуктивность, скорость изменения, круговорот веществ); 2)
структурные (значения физических, химических, биологических параметров);
Другая классификация: 1) контактные методы (хроматография, полярография, кондуктометрия,
кулонометрия, потенциометрия, ионометрия, колориметрия, рефрактометрия, люминесцентное измерение,
терматография и др.); 2) неконтактные (исп. зондирующих полей).
Средства моделирования и прогнозирования: 1) использование фундаментальных законов (ЗСМ, ЗСЭ); 2)
установление законов функционирования экосистем; 3) имитационное моделирование.
Сложность осуществления мониторинга обусловлена, в частности законом коммутативности, по которому
человек воздействует на окружающую среду в короткий промежуток времени в той же степени, которую
природа создает в течении столетий и даже тысячелетий.
52. Система глобального мониторинга и его организация.
Глобальный (биосферный) мониторинг осуществляется на основе международного сотрудничества,
оценивает современное состояние всей природной системы земли. Наблюдение ведут станции в различных
регионах планеты и океанические.
Его организация осуществляется с помощью объединения деятельности всех видов мониторинга:
национального – в пределах государства; регионального – в пределах крупных районов, подверженных
антропогенному воздействию; локального, где ведутся наблюдения за воздушной средой различных зон
города, промышленных и с/х районов; биологического (санитарно-гигиенического), который осуществляет
постоянное наблюдение за состоянием среды и ее влиянием на здоровье человека.
53. Методы экологической индикации загрязнений окружающей среды.
Загрязнение – неблагоприятное изменение окружения, являющегося побочным результатом деятельности
человека. Привнесение в среду новых, не характерных для нее физических, химических или биологических
компонентов или превышение естественного многолетнего содержания этих компонентов. Воздух, вода,
почва – объекты загрязнения. Растения, животные микроорганизмы, человек.
54. Основные характеристики качества воды. Подробнее о водородном показателе воды. Значение рН в
природных водах. Влияние на рН содержания ионов НСО3-.
Основные характеристики качества воды: РН, электропроводность, количество растворенного О2,
окислительно-восстановительный потенциал, содержание органических веществ, количество растворенных
тяжелых металлов, жесткость.
В природных водах, которые представляют собой сложные растворы, концентрация ионов водорода зависит
от присутствия: 1) диоксида углерода и его производных; 2) органических гумусовых кислот; 3) солей
тяжелых металлов. В природных водах концентрация ионов водорода зависит от соотношения концентрации
угольной кислоты Н2СО3 и ее ионов: Н2СО3=НСО3-+Н+. Ионы НСО3- в природных водах образуются
главным образом в результате диссоциации гидрокарбонатов кальция Са(НСО3)2 и магния Мg(НСО3)2,
которые ведут к уменьшению концентрации ионов водорода (Н+) и увеличению рН вследствие равновесия
НСО3-+НОН= Н2СО3+ОН-. Для измерения рН можно использовать универсальную индикаторную бумагу, а
для более точного измерения используется потенциометрический метод, лежащий в основе работы рНметров.
pH=7 – нейтральная среда, pH<7 – кислая, pH>7 – щелочная.
55. Характеристики качества воды: электропроводность и окислительно-восстановительный
потенциал.
Удельная Электропроводность – ( x = i/p ) является сложной функцией концентрации ионов в водных
растворах. В природных водах наблюдается прямолинейная корреляция м/у содержанием солей и
электропроводностью. Измеряя удельную электропроводность можно примерно по графику определить
концентрацию солей.
Окислительно-восстановительный потенциал: В природной воде и сточных водах предприятий могут
находиться ионы железа (Fe2+, Fe3+), марганца (Mn2+, Mn4+), серы в виде S2-, SO32-, SO42- и другие
элементы с переменной валентностью. Определяя величину этого потенциала и рН можно по равновесной
диаграмме (диаграмма Пурбэ) прогнозировать степень окисления присутствующих ионов с переменной
валентностью, по этому значению можно судить о количестве растворенного кислорода.
56. Характеристики качества воды: содержание растворенного кислорода; общее содержание в воде
органических веществ.
Содержание растворенного О2 – Содержание О2 зависит от процессов, способных обеднять и обогащать
воду О2. Обогащение может происходить в результате абсорбции кислорода из атмосферы, выделении
растениями при фотосинтезе. Обеднение происходит в результате процессов связанных с его потреблением
на окисление: биохимическое окисление (дыхание бактерий, при разложении органических веществ)и
химическое окисление ионов Fe2+, Mn2+,O2Относительное содержание О2 выражается в % от нормального.
Общее содержание растворенных в воде органических веществ.
Один из очень важных показателей качества, особенно производственных и бытовых сточных вод.
Содержание органических веществ в незагрязненных природных водах сравнительно невелико и редко
превышает 2 мг на литр. Но в загрязненных системах их содержание зависит от характера сброса и от
физических и химических свойств воды, в которую производят сброс. В естественных водоемах
идентифицировано большое количество загрязнителей, в том числе инсектициды, пестициды, детергенты,
фенолы, аминокислоты, гуминовые кислоты, витамины. Все они оказывают заметное влияние на живые
организмы, некоторые из них вызывают негативные последствия.
Методы определения содержания органических веществ в сточных водах: 1) методы, основанные на
сжигании высушенной пробы воды в потоке кислорода и анализа продуктов сгорания на содержание СО2; 2)
методы, основанные на способности подавляющего большинства органических веществ окисляться под
действием сильных окислителей (бихромат аммония); 3) методы, использующие способность органических
соединений поглощать свет в УФ области. Выбор конкретного метода зависит от наличия аппаратуры и
характера сточных вод.
57. Гравиметрические и титриметрические методы анализа сточных вод и их виды.
Выбор конкретного метода зависит от характера сточных вод анализируемых компонентов.
Гравиметрический – основан на определении массы вещества. В ходе анализа вещество отгоняется в виде
какого-либо летучего соединения или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения. Осадок
взвешивается в виде соединения строго определенного состава, весовая форма по составу совпадает с
осаждаемой. По весу высушенного или прокаленного осадка вычисляется содержание определенного
компонента в данном образце. Достоинства: высокая точность, отсутствие необходимости калибровки,
простота. Недостатки: значительный расход времени на выполнение анализа. Титриметрический и
Фотометрический (см. следующий вопрос)
Титриметрический. Основан на точном измерении количества реактива израсходованного на реакцию с
определенными веществами. Титрированный раствор – раствор, концентрация которого известна с высокой
точностью. Титрование – прибавление титрованного раствора к анализируемому для точного определения
эквивалентного количества. Момент титрирования – точка эквивалентности. Титрирующий раствор –
титрант. Используются реакции кислотно-основного взаимодействия, удовлетворяющие требованиям,
которые предъявляются к титриметрическим реакциям. Взаимодействие должно происходить полностью и с
высокой скоростью. – Методы кислотно-основного взаимодействия связанны с процессом передачи протона
– Методы осаждения основаны на реакциях образования малорастворимых соединений – Методы
комлексообразования используют реакции образования координационных соединений - методы окислениявосстановления объединяют многочисленную группу окислительно-восстановительных реакций.
Достоинства: быстрота выполнения, простота оборудования, удобство выполнения серийных анализов,
большой набор химических реакций. Недостатки: необходимость предварительной стандартофикации
растворов титранта и калибровки мерной посуды.
Виды сточных вод. Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, по своему составу
могут быть разделены на 3 вида: производственные – использованные в технологическом процессе
производства или получающиеся при
добыче полезных ископаемых; бытовые – от санузлов
производственных и не производственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на
территории, промышленных предприятий; атмосферные – дождевые и оттаивание снега. Производственные
сточные воды делятся на 2 две основные категории: загрязнённые и незагрязненные (условно чистые).
Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на 3 группы:
1) загрязнённые преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической,
машиностроительной, угледобывающей промышленности); 2) органическими примесями (предприятия
рыбной, мясной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности); 3) минеральными
неорганическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной,
лёгкой промышленности).
58. Фотометрические методы анализа сточных вод. Потенциометрия и потенциометрическое
титрование. Вольт амперометрические методы.
Фотометрический. Измеряет поглощение света анализируемым раствором обычно после введения в него
реактива, реагирующего с определенным компонентом сточной воды с образованием интенсивно
поглощающего свет соединения. Приборы: Источник света – светофильтр – кювета с раствором – детектор.
Конструкция прибора зависит от области спектра применения. Излучение выбирают такое, что бы
соединение имело max светопоглощение, а примеси – min. Достоинства – широкая область применения,
высокая чувствительность. Недостатки: калибровка аппаратуры, посуды.
Потенциометрия и потенциометрическое титрование. Потенциометрия основана на измерении небольших
равновесных напряжений между электродами гальванической ячейки. Метод можно применять для
установления активности веществ в растворе (прямая потенциометрия) и для нахождения точки
эквивалентности при титриметрических определениях (потенциометрическое титрование). Прямая ПМ
находит применение при определении рН растворов, а также многих ионов с использованием
ионоселективных электродов. В анализе природных вод и питьевой воды ионоселективные электроды
применяют для определения кадмия, меди, свинца, серебра, щелочных металлов, бромид-, хлорид-, цианид-,
фторид-, иодид- и сульфид-ионов.
Вольт амперометрические методы анализа. Это совокупность методов исследования кривых ток-потенциал и
их зависимостей от электродных реакций и концентраций определяемых веществ. Один из основных ВАМ
методов – полярография. Метод заключается в получении и анализе кривых ток-потенциал на ртутном
капельном электроде. Методом полярографии можно определить любые вещества, способные к эл-хим
превращениям на электродах. Качественная информация следует из значения потенциала полуволны (φ1/2),
количественная – из определения высоты волны (id).
Типичная полярографическая волна, используемая для качественного и количественного определения
электродно-активных веществ.
59. Методы очистки сточных вод: механические, физико-химические: фильтрация, адсорбционный
метод, обратный осмос.
Механические методы: наиболее доступные приемы очистки от крупнодисперсных взвесей, применяются как
первая стадия в общей схеме очистки сточных вод. Применяется для подготовки сточных вод к более
глубокой очистки.
Физико-химические методы: флотация, коагуляция, ионный обмен, сорбция, электрохимические методы,
магнитная обработка, экстракция. В большинстве случаев использование физико-химических методов
выделения загрязняющих веществ из сточных вод позволяет в дальнейшем рекуперацию.
Фильтрация. Фильтрование – пропускание воды через слой различного зернистого материала (гранитный
щебень, кварцевый песок) или сетчатые, барабанные фильтры и микрофильтры. Применение без добавления
хим. реактивов. Фильтры – устройства, в которых очистка жидкости от частиц твердой фазы происходит в
процессе протекания через перегородку, имеющую поры (разность значения давления по обе стороны
перегородки. Сетчатые фильтры (из ткани или металлической сетки) – для механической задержки больших
частиц. Волокнистые фильтры (из фильтровальной бумаги, специального картона), их действие сводится к
инерциальному осаждению, прилипанию частиц к выступам, седиментации. Зернистые фильтры (кварцевый
песок, дробленый шлак, гравий, антрацит), бывают однослойные и многослойные. Фильтрование под
вакуумом – для очистки маловязких жидкостей.
Адсорбционные методы основаны на поглощении примесей твердыми телами с развитой поверхностью,
адсорбентами. Поглощаемые молекулы удерживаются на поверхности твердых тел силами Ван-дер-Ваальса
(физическая адсорбция) или химическими силами (хемосорбция). Стадии адсорбции: перенос молекул газа к
внешней поверхности твердого тела; проникновение молекул газа в поры твердого тела; собственно
адсорбция. Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов.
Адсорбированные вещества удаляют из адсорбентов с помощью десорбции инертным газом или паром.
Преимущество: высокая степень очистки. Недостатки: “чистые” (сухие и без пыли) газы, небольшая
скорость. Адсорбенты – материалы высокоразвитой внутренней поверхностью (природные и синтетические) :
активированные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты, иониты. В качестве адсорбентов применяются
активированные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты, иониты.
Обратный осмос (гиперфильтрация) – непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их
фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично
молекулы или ионы растворенного вещества.
60. Методы очистки сточных вод: коагуляция, ионообменный метод, радиационно-химический метод.
Коагуляция – способность дисперсных систем выделяться на растворе под влиянием внешних воздействий.
Вещества, обуславливающие коагуляцию называются коагулянтами. Центробежное отделение твердой фазы
под действием центробежных и центростремительных сил происходит таких аппаратах, как центрифуги и
гидроциклоны.
Применяется для очистки стоков от мелкодисперсных и коллоидных примесей.
Al+3 +H2O = Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)2+2 + H+
Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)+3 + H+
Ионообменный метод - это метод обмена ионами находящимися в растворе и ионами, присутствующими на
поверхности твёрдой фазы (ионита). Очистка производственных сточных вод методами ионного обмена
позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси, ПАВ или радиоактивные вещества. Важнейшим
свойством ионитов является их подготовительная способность, так называемая обменная емкость. Полная
ёмкость ионита – количество находящихся в сточной воде грамм-эквивалентов ионов, которое может
поглотить 1 м3 ионита до полного насыщения.
Men+ + H[K] = Me[K] + nH+
Men+ + Na[K] = Me[K] + nNa+
Men+ - катион находящийся в сточной воде
К – сложный комплекс катионита
Характерной особенностью ионитов является их обратимость то есть возможность проведения реакции в
обратном направление, что и лежит в основе их регенерации. Различают химическую, термохимическою, и
электрохимическую регенерацию.
61. Электрохимические методы очистки сточных вод: электрофлотация, электрокоагуляция.
Электролиз, при котором имеет место направленное движение ионов и заряженных дисперсных частиц и
протекание реакций окисления на аноде и восстановления на катоде.
Электрофлотация - удаление твердых частиц дисперсной фазы осуществляется путем флотации их
пузырьками водорода и кислорода, образующихся в результате электролиза водной части осветляемой
-. OH- ионы движутся в аноду, где отдают свой заряд с выделением
O2. 4OH- –
– 2 порядка
меньше. Пузырьки – однородны и выделяются в больших количествах.
Электрокоагуляция – в процессе анодного растворения образуются коагулянты – гидроксиды металлов,
которые снимают, поверхностный заряд частиц под воздействием электрического поля.
Fe0 – e + H2O Fe(OH) + H+
Fe(OH) – e + H2O Fe(OH)2 + H+
62. Химические методы очистки сточных вод. Биологическая очистка. Виды сточных вод.
Химические методы обработки сточных вод основаны на применение химических реакций. В результате
которых загрязнения превращаются в соединения безопаснее для потребителя или легко выделяются в виде
осадков. В особую группу химических методов следует выделить хлорирование и озонирование сточных вод,
содержащих органические примеси, а также цианиды и другие пахнущие не органические вещества.
Хлорирование и озонирование наиболее часто применяют для доочистки и обезвреживания питьевой воды на
городских водопроводных станция.
Биологическая очистка. Большое влияние на биологическое окисление оказывает кислородный режим и
наличие токсичных веществ в среде. Токсичное действие на биологические процессы могут оказывать
органические и неорганические вещества. Биологическая очистка сточных вод может осуществляться как в
естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), так и в специальных
сооружениях (аэротенки, метантенки).
H2 + биологически не окисляемые растворимые вещества.
Виды сточных вод. Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, по своему составу
могут быть разделены на 3 вида: производственные – использованные в технологическом процессе
производства или получающиеся при
добыче полезных ископаемых; бытовые – от санузлов
производственных и не производственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на
территории, промышленных предприятий; атмосферные – дождевые и оттаивание снега. Производственные
сточные воды делятся на 2 две основные категории: загрязнённые и незагрязненные (условно чистые).
Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на 3 группы:
1. загрязнённые преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической,
машиностроительной, угледобывающей промышленности)
2. органическими примесями (предприятия рыбной, мясной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной
промышленности)
3. минеральными неорганическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей,
текстильной, лёгкой промышленности).
63. Очистка сточных вод от нефтепродуктов и красителей.
Сточные воды, содержащие нефтепродукты, очищаются по схеме: 1) механическая очистка от
грубодисперсных частиц; 2) физико-химическая – от твердых и жидких примесей; 3) глубокая очистка
сточных вод.
Красители – сложные органические вещества с определенными функциональными группами. Активные
красители являются трудно окисляемыми органическими соединениями и не подвергаются окислению
кислородом воздуха при обычных условиях. Для удаления красителей можно ввести окислитель, например,
пероксид водорода. При этом происходит его окислительное разрушение. Скорость и глубина реакции
окисления зависит не только от природы красителя, но и от параметров процесса: температура, рН,
концентрация окислителя (Н2О2).
64. Общие экологические проблемы производства полупроводниковых приборов и микроэлектроники.
Экологическое воздействие производства изделий микроэлектроники, радиоэлектроники и т.п. опред-ся
природой хим в-в; технологическими операциями, используемыми для созд-я приборов и устройств;
воздействием изделий на окр среду при их эксплуатации и при взаимод-ии с внешней средой после
окончания срока годности. Сюда же следует отнести бракованные детали, не подлежащие ремонту, которые
вывозятся на пром свалки. В производстве микроэлектронных схем и ПП приборов исп-ся широкий комплекс
материалов. К ним относятся: металлы и сплавы; различные р-ры, в состав кот-х входят органич-е и неорг-е
в-ва; полимерные материалы, керамика, фарфор, стекло и ПП материалы. ПП материалы могут исп-ся в виде
поликристаллов, амфотерных спеченных порошков, монокристаллов, эпитаксиальных пленок (структура
решетки полученного слоя – точная копия стр-ры кристалла подложки). ПП материалы делятся на: 1)
элементарные – кремний, германий; некот-е модификации бора, углерода, фосфора, мышьяка, сурьмы,
висмута, серы, селена, теллура, йода; 2) сложные (хим соед-я) – оксиды (Cu2O, Mn3O4, Al2O3, ZnO, CdO),
сульфиды (PbS, CdS, ZnS, Bi2S3), селениды и теллуриды (CdSe, PbSe, HgSe, CdTe, PbTe, Bi2Te3), арсениды
(GaAs, InAs), фосфиды (GaP, InP), стеклообразные сплавы (As2S3, As2Se3), сложные тв. р-ры (CdTe-HgTe,
PbTe-SnTe) и др. В связи с тем, что многие из этих в-в яв-ся вредными, это следует учитывать как при
синтезе ПП материалов, так и при выращивании монокристаллов и эпитаксиальных пленок, при травлении
пов-сти, при проведении различных операций, при изготовлении ПП устройств. Многие в-ва обладают
токсичными св-вами (соед-я германия; мышьяк, кадмий, свинец и их соед-я; арсениды, теллуриды, селениды
и др.). В операциях травления часто исп-ся вредные травители (цианистые эл-литы; р-ры на основе
плавиковой к-ты, фторидов, бифторидов и т.д.).
65. Способы отделения твердой фазы: седиментация, фильтрация (различные фильтры),
центрифугирование.
Седиментация – оседание под действием гравитационного поля. Для увеличения скорости осаждения взвесей
применяют флокулянты – водо-растворимые полимеры с полярными концевыми функциональными
группами. Они связывают взвеси в рыхлые сетчатые агрегаты.
Отстойник периодического действия (при малом количестве воды) металлический или железобетонный
резервуар с коническим днищем (вода отбирается через сифон или специальные желоба). Осадок убирают
вручную.
Отстойник непрерывного действия (при больших количествах воды, расход не более 50000м(3)/сутки).
Вертикальные отстойники - во время движения воды из нее выпадают взвеси, удельный вес которых больше
удельного веса воды.
Горизонтальные отстойники – прямоугольный резервуар из нескольких отделений (высота 3–5 метров,
отношение длины к высоте не меньше 10). Дно – под уклоном в сторону, противоположную движению воды.
Радиальный отстойник – первичный отстойник, илоулавливатель - круглый резервуар, вода в котором
движется радиально от центра к периферии. Скорость движения воды изменяется от мах значения у центра,
до мin значения у периферии.
Тонкослойные отстойники (для тонкодисперсных примесей ) – малая глубина обеспечивает осветление воды
в течение 4- 10 мин, что позволяет уменьшить их габариты. Резервуар глубиной 0.2 – 0.3 м с полочными или
трубчатыми в
–40 гр.)
Фильтрация. Фильтры – устройства, в которых очистка жидкости от частиц твердой фазы происходит в
процессе протекания через перегородку, имеющую поры (разность значения давления по обе стороны
перегородки.
Сетчатые фильтры – для задерживания сравнительно грубых частиц. Изготовляют из одного или нескольких
слоев ткани или металлической сетки. Действие основано на механической задержке больших частиц и
инерционном осаждении частиц. Эффективность увеличивается по мере убирания отфильтрованного слоя.
Волокнистые фильтры – изготавливают из фильтровальной бумаги, специального картона. Применяют
только при небольших течениях раствора (вследствие большого гидравлического сопротивления). Действие
сводится к инерциальному осаждению, прилипанию частиц к выступам, седиментации. Инерциальное
осаждение и седиментация повышаются при увеличении размера и плотности частиц.
Зернистые фильтры – используют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит. Бывают однослойные
и многослойные. Очистку фильтра производят чистой водой или сжатым воздухом.
Фильтрование под вакуумом – для очистки маловязких жидкостей. Степень очистки не более 80%. Тонкость
очистки определяется фильтрующим элементом (барабанные, дисковые, ленточные). Остаток высушивают до
min влажности.
Центрифугирование – разделение твердых и жидких фаз в поле центробежных сил осуществляется в
аппаратах 2 типов: центрифугах и гидроциклонах.
Центрифуги – ускорение оседающей части по сравнению с гравитационным ускорением увеличивается на
величину Kp = w(2)r/g w – угловая скорость вращения жидкости. R – радиус вращения. Уравнение
движения - V = (gLdr(2)(pф – pс))/18м .. L – центробежная сила, dr – диаметр частицы, рф и рс – плотность
дисперсной фазы и среды, м – вязкость среды. Улучшение в результате агрегации и фильтрации (укрупнение
частиц).
Циклоны:
Напорные – цилиндрическая и коническая части. Вращение жидкости вызывается ее выпуском в
тангенциальный патрубок, расположенный в верхней части цилиндра. Коническая часть кончается насадкой
через которую выводится осадок. Низкий КПД из-за избыточной интенсивности турбулентности. Применяют
для выделения частиц со скоростью осаждения менее 0.02 м/с.
Многоярусные: по принципу выделения аналогичны напорным. Устройство в камере нескольких секций,
через которое проходит очищаемый поток, позволяет более полно использовать объем гидроциклона и
уменьшить время пребывания жидкости в циклоне.
Открытые – для очистки от частиц со скоростью оседания более 0.02 м/с. большая производительность и
малые потери напора. Эффективность зависит от характера загрязнений.
66. Методы отделения твердых отходов из сточных вод: флотация и электрофлотация.
Флотация - относится к физико-химическим методам очистки, процесс молекулярного прилипания частиц
флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычного газа и жидкости, обусловленный
избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями
смачивания. Процесс очистки сточных вод, содержащих нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые
материалы заключается в образовании комплексов “частици-пузырьки“, всплывание этих комплексов,
удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности жидкости. Необходимо не смачивание или плохое
смачивание частиц жидкостью. Способность жидкости к смачиванию является величина поверхностного
натяжения ее по границе. Метод пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного
снижения концентрации некоторых растворенных веществ. Способы флотационной обработки – флотация с
выделением воздуха раствора – с механическим диспергированием воздуха – с подачей воздуха через
пористые материалы – электрофлотация – биохимическая и химическая флотация.
Электрофлотация - удаление твердых частиц дисперсной фазы осуществляется путем флотации их
пузырьками водорода и кислорода, образующихся в результате электролиза водной части осветляемой
-. OH- ионы движутся к аноду, где отдают свой заряд с выделением
O2. 4OH- –
По сравнению с обычной флотацией пузырьки по размерам на 1 – 2 порядка меньше. Пузырьки – однородны
и выделяются в больших количествах.
67. Методы отделения твердых отходов из сточных вод: электрофорез и электроосмос, диализ.
Электрофорез – процесс переноса частиц в электрическом поле. Причина – наличие разноименных зарядов у
разных фаз. В результате возникновения электрического поля м/у электродами, благодаря малым размерам
частиц дисперсной фазы происходит перенос отрицательно заряженной дисперсной фазы к положительному
электроду. Заряд на частицах обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя из
ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, либо за счет
ионизации поверхностных молекул вещества.
Электроосмос – процесс переноса жидкости при приложении разности потенциалов ч/з пористую
перегородку. Под влиянием электростатического поля по капиллярам перегородки к отрицательно
заряженному электроду передвигается положительно заряженная жидкость.
68. Классификация методов и аппаратов для обезвреживания газовых выбросов.
Газообразные отходы:
I. Очистка пылей:
1) сухие методы: а) пылеосадительные камеры; б) пылеуловители инерционные, динамические, вихревые;
в) циклоны; г) фильтры: волокнистые, тканевые, зернистые, керамические.
2) мокрые методы: газопромыватели: полые, насадочные, тарельчатые, ударно-инерционного действия,
центробежные, скоростные.
3) электрические методы: а) сухие электрофильтры; б) мокрые электрофильтры.
II. Очистка от туманов и брызг:
1) фильтры-туманоуловители;
2) сеточные брызгоуловители.
III. Очистка от газообразных примесей:
1) абсорбционные методы: абсорберы тарельчатые, насадочные, пленочные, распыливающие.
2) адсорбционные методы: адсорберы с неподвижным, движущимся и полуподвижным слоем.
3) каталитические методы очистки: реакторы.
4) термические методы: печи, горелки.
IV. Очистка от парообразных примесей:
1) абсорбционные методы: абсорберы тарельчатые, насадочные, пленочные, распыливающие.
2) адсорбционные методы: адсорберы с неподвижным, движущимся и полуподвижным слоем.
3) каталитические методы очистки: реакторы.
4) термические методы: печи, горелки.
5) конденсационные методы: конденсаторы
69. Источники газовых выбросов в литейном производстве, сварке, прокатке, электрохимической и
механической обработке металлов.
Основными источниками загрязнений атмосферного воздуха являются промышленные предприятия,
транспорт, энергетические системы. Теплоэнергетика – 27%, черная металлургия – 24.3%, цветная
металлургия – 10.5%, нефтедобыча и нефтехимия – 15.5%, транспорт – 13.3%, стройиндустрия – 8.1%,
химическая промышленность – 1.3%. В атмосферу Земли ежегодно выбрасывается (млн. т): пыли – 250,
оксид углерода – 200, диоксид серы – 150, оксид азота – 50, различные углеводороды – 50. Диоксида
углерода – 20 тысяч. Загрязнения в атмосферу могут поступать непрерывно или периодически, залпами или
мгновенно. Залповые выбросы возможны при авариях или сжигании быстрогорящих отходов производства.
При мгновенных выбросах загрязнения выбрасываются в доли секунды, иногда на значительную высоту, что
происходит при взрывных работах и авариях. Почти все технологические процессы в цехах металлопокрытий
являются источниками выделения в воздушную среду вредных веществ. Загрязнения поступают в атмосферу
при сварке (выделение паров оксидов железа и цинка, аэрозолей марганца, кремния и меди, фторидов и
оксидов азота. В воздухе присутствуют оксиды меди, железа, алюминия, магния, хромовый ангидрид, оксиды
азота, соединения марганца и фтора) и пайке (в атмосферу поступают аэрозоли свинца, продукты сгорания
изоляции проводов и флюсов).
70. Токсическое воздействие газовых выбросов на человека.
Оксид углерода (СО) воздействует на нервную и сердечно-сосудистую системы, вызывает удушье. При
наличии в воздухе оксидов азота токсичность возрастает. Появление болей в голове, ощущение пульса в
висках, головокружение.
Оксиды азота NxOy. Оксид NO2 очень ядовит, раздражающе действует на органы дыхания человека. Легкий
кашель, сильный кашель, рвота, иногда головная боль.
Диоксид серы SO2 создает неприятный вкус во рту, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательные
пути.
Углеводороды снижают активность, вызывают головную боль, головокружение. Раздражающе действуют на
слизистые оболочки глаз и дыхательные пути. Особую опасность представляет бензапирен C20H12.
Пыль различного состава и происхождения. Опасность для человека представляют тонкодисперсные пыли с
размером частиц 0.5-10 мкм. Легко проникают в органы дыхания.
Транспорт. Наибольшей токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС (CO, NOx, CnHn). Дизельные
ДВС выбрасывают в большинстве своем сажу, которая в чистом виде не токсична, но на своей поверхности
могут нести молекулы и частицы токсичных веществ. Применение этилированного бензина вызвало
загрязнение воздуха весьма токсичными соединениями свинца, обладающими способностью накопления в
организме.
71. Методы очистки газов от пыли и принцип действия пылеулавливающих аппаратов.
1) сухие методы: а) пылеосадительные камеры; б) пылеуловители инерционные, динамические, вихревые; в)
циклоны; г) фильтры: волокнистые, тканевые, зернистые, керамические.
2) мокрые методы: газопромыватели: полые, насадочные, тарельчатые, ударно-инерционного действия,
центробежные, скоростные.
3) электрические методы: а) сухие электрофильтры; б) мокрые электрофильтры.
Принцип действия пылеулавливающих аппаратов:
- гравитационное осаждение под действием сил тяжести;
- осаждение под действием центробежных сил
- инерционное осаждение
- зацепление (если расстояние от частицы, движущейся вместе с газовым потоком до обтекаемого тела, равно
ее радиусу или меньше его)
- диффузионное осаждение
- электрическое осаждение (при ионизации газа, частицы осаждаются на электродах).
72. Чем отличаются механические, гидравлические, фильтрационные очистные аппараты.
73.Суть адсорбционных методов очистки газов. 5 типов адсорбентов.
Адсорбционные методы очистки основаны на поглощении примесей твердыми телами с развитой
поверхностью, адсорбентами. Поглощаемые молекулы удерживаются на поверхности твердых тел силами
Ван-дер-Ваальса (физическая адсорбция) или химическими силами(хемосорбция). Стадии адсорбции: перенос молекул газа к внешней поверхности твердого тела – проникновение молекул газа в поры твердого
тела – собственно адсорбция. Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией
вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляют из адсорбентов с помощью десорбции инертным
газом или паром. Преимущество: высокая степень очистки. Недостатки: “чистые” (сухие и без пыли) газы,
небольшая скорость. Адсорбенты – материалы высокоразвитой внутренней поверхностью (природные и
синтетические):
Активированные угли – гидрофобны. Для адсорбции газов и паров используют микропористые
гранулированные активированные угли.
Силикагели – гидратированные аморфные кремнеземы (SiO2nH2O), являющиеся реакционно-способными
соединениями переменного состава, превращения которых идет по механизму полконденсации. Зазоры м/у
частицами образуют пористую структуру селикагеля. Получают путем осаждения аморфного кремнезема из
силикатно-щелочных металлов. Служат для поглощения полярных веществ.
Алюмогели (Al2O3*nH2O где 0< n < 6) – получают прокаливанием различных гидроксидов алюминия.
Используют для улавливания полярных органических соединений и осушки газов.
Цеолиты - алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных
металлов. Характеризуются регулярной структурой пор, соизмеримых с размерами молекул. Общая
химическая формула: Мe2/nC*Al2O3*xSi2*yH2O, где Me катион металла, n – его валентность. Получают
синтетически и добывают при разработке месторождений. Обладают наибольшей адсорбцией по парам
полярных соединений и веществ с кратными связями в молекулах.
Иониты - высокомолекулярные соединения с развитой поверхностью.
74.Суть абсорбционных методов очистки газов. Абсорбция физическая и химическая.
Суть абсорбции заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкостью. В зависимости от
особенностей взаимодействия поглотителей и извлекаемого из газовой смеси компонента абсорбционные
методы делятся на физическую и химическую абсорбцию. Для физической абсорбции применяют
поглотители: воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемыми газами. При
химической абсорбции извлекаемые компоненты вступают в химическую реакцию с хемосорбентами, в
качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические
жидкости. Известняковые и известковые методы
Очистка от SO2. Абсорбция SO2 сульфит
H2O + Na2SO3; Вторая стадия – регенерация сульфата натрия – проводится при температуре 130 гр., при
этом выделяются газообразный SO2. Охлажденный раствор сульфата натрия снова возвращается на
абсорбцию, а SO2 направляется на переработку в серную кислоту.
Аммиачный способ улавливания SO2: SO2 + NH4OH = NH4HSO3; (NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3;
улавливания SO2. Магнезиальные методы. Диоксид серы поглощается суспензией оксиды-гидроксиды
магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфата магния, которые сушат, а затем
термически разлагают на SO2 – содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а
оксид магния возвращают в абсорбцию. Реакции в абсорбере: MgO + SO2 = MgSO3; MgSO3 + SO2 + H2O =
Mg(HSO3)2; Бисульфат магния нейтрализуется добавкой соответствующего количества свежего оксида
магния: Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O; осадок подвергается термической обработке (800 – 900 гр.);
или в серу. Фосфатный метод – абсорбция SO2
водным раствором фосфата натрия. Кислотнокаталитический – применение разбавленной H2SO3 в качестве катализаторов. Озоно-каталитический.
75. Каталитические методы очистки газов.
Связанны с химическим превращением токсичных компонентов в нетоксичные в присутствии катализаторов.
Аппараты – реакторы различной конструкции. Используются для очистки от: оксидов азота, серы, углерода и
от органических примесей. Оксид азота восстанавливается газом – восстановителем(CO, CH4…) в
присутствии катализаторов. В качестве катализаторов используют различные металлы, которыми покрывают
огнеупорные материалы (носители). Часто применяют палладиевый катализатор, нанесенный на оксид
алюминия. Температура 400 470 гр. Реакции: 4NO + CH4 = CO2 + 2H2O + 2N2; 2NO2 + CH4 = CO2 + 2H2O +
N2; 2NO + 2H2 = N2 + 2H2O; 2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O; 2NO + PCO N2 + 2CO2 ; 2NO2 + 4CO N2 +
4CO2. Очистка от оксида углерода является наиболее рациональной. Процесс гидрирования оксида углерода
на никелевых и железных катализаторах проводят при высоких давлениях и повышенных температурах: --CO + 3H2 = CH4 + H2O; CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O; ½O2 + H2 = H2O. Очистка от диоксида серы – основана
на принципе окисления SO2 и SO3 контактным методом. Используют метод очистки с получением сульфата
аммония, который можно использовать как удобрение. SO2 окисляют до SO3 в присутствии V2O5 при 450
–480 гр. Затем при температуре 220-260 гр. Вводят газообразный аммиак. Полученные кристаллы сульфата
аммония отделяют в циклонах и электрофильтрах. Каталитическая очистка газов от органических веществ. В
качестве катализаторов используют Cu, Cr, Co, Mn, Ni … в отдельных случаях бокситы, цеолиты.
Катализаторы условно делятся на: - цельнометаллические ( металлы платиновой группы или неблагородные
металлы, нанесенные на ленты, сетки, спирали из нержавеющей стали) – смешанные ( металлы платиновой
группы или оксиды неблагородных металлов, нанесенные на оксид алюминия, нержавеющую сталь ) –
керамические ( -=-, нанесенные на керамическую основу в виде сот или решеток) – насыпные ( гранулы или
таблетки из оксида алюминия с нанесенными на него металлами платиновой группы или оксидами
неблагородных металлов, зерна оксидов небл. Мет.) Преимуществом обладают катализатор, нанесенные на
мет носители. Они более термостабильны, прочны, с легкой регенерацией. Очистка газов от сероорганических соединений заключается в их окислении при повышенных температурах. Каталитическое
окисление производят кислородом, образованием кислородных соединений серы. В качестве катализаторов
процессов гидрирования серо-органических соединений водородом используют контактные массы на основе
оксидов Fe, Co, Ni, Cu, Zn. При гидрировании водяным паром используют катализаторы, содержащие в
качестве компонента оксид железа.
76. Приборы для контроля пыли в промышленных цехах.
При анализе запыленности воздуха предпочтение отдают методам, основанным на предварительном
осаждении пыли. Недостатки: циклический хар-р измерения, высокая трудоемкость, низкая чувствительность
анализа. Гравитационный метод заключается в выделении из пылегазового потока частиц пыли и
определении их массы. Оптические методы. Исп-ся зависимость физич св-в (оптич плотности, степени
поглощения или рассеивания световых лучей) пылевого осадка или запыленного потока газа от конц-ции
пыли.
77. Приборы для контроля газов и паров в промышленных цехах.
Принцип д-я оптич-х газоанализаторов основан на избирательном поглощении газами лучистой жнергии в
ИК, УФ или видимой областях спектра.
Электрические газоанализаторы: 1) кондуктометрические. В основе принципа д-я – поглощение
анализируемого компонента газовой смеси соответствующим р-ром и измерении его эл-проводности.
Применяются для опред-я конц-ции сероводорода, сернистого ангидрида, аммиака, оксида и диоксида
углерода; 2) кулонометрические. Эл-хим р-ция протекает в ячейке м/у анализируемым газом и эл-литом, в
рез-те во внешней цепи появ-ся ЭДС, пропорциональная конц-ции определяемого компонента воздуха. Этим
методом можно измерить содержание в атмосфере SO3, H2S, O2, O3, HF, HCl и др.
При хроматографических методах анализа происходит разделение газовоздушной смеси сорбционными
методами в динамич-х усл-ях. Разделение происходит в рез-те поглощения газовых компонентов на активных
центрах адсорбции. Ввиду различия физич-х св-в отдельных составляющих газовоздушной смеси они
продвигаются по хроматографической колонке с разной скоростью, что позволяет раздельно фиксировать их
на входе.
1. Понятие об экологии. Предмет и задачи применительно к деятельности инженеров машиностроительных и
проектно-конструкторских предприятий.
2. Основные причины загрязнения. Качество среды, критерии качества. Ксенобиотики. Некоторые виды
классификации экологии. Законы экологии.
3. Понятие о биосфере и ее место среди других геосфер.
4. Озонный щит Земли и физико-химические процессы получения озона.
5. Эволюция биосферы. Понятие о ноосфере. Биогенез, ноогенез, ноогенетика. Понятие об автотрофности
человечества.
6. Жизнь как термодинамический процесс. Биотехносфера. Понятие о негаэнтропии.
7. Экологические факторы окружающей среды – абиотические, биотические.
8. Толерантность организма. Экологическая ниша.
9. Адаптация живых организмов. Виды адаптации.
10. Экологическая валентность или пластичность различных видов. Ареал вида, его связь с экологической
валентностью.
11. Стемотормный, эвритермный, пессимальный виды устойчивости живых организмов.
12. Понятие о популяциях. Панмиксия.
13. Расчет численности популяций.
14. Понятие о БГЦ. Сопоставление с понятием «экосисема».
15. Схема биогеоценоза. Понятие об экотопе и биоценозе. Антропогенное влияние на БГЦ деятельности
человека.
16. Антропогенная экосистема и условия ее существования. Примеры.
17. Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы. Гомеостаз. Сукцессии в экосистеме.
18. Понятие о фотосинтезе растений. Механизм процессов.
19. Понятие о хемосинтезе. Уравнения химических реакций. Связь его с автотрофностью.
20. Круговорот веществ и энергии в биосфере. Понятие о трофической цепи. Составные компоненты
трофической цепи (продуценты, консументы, редуценты).
21. Упрощенная трофическая цепь в БГЦ и объяснение ее функционирования.
22. Энергетика и продуктивность в БГЦ. Первичная продуктивность, чистая первичная продуктивность,
вторичная продуктивность.
23. Связь между продуктивностью и расходами на дыхание для автотрофной и гетеротрофной сукцессий.
Климаксные системы.
24. Понятие об эвфотической зоне.
25. Два вида круговорота вещества в биосфере: большой – экологический и малый – биотический.
26. Понятие биогеохимического цикла. Примеры.
27. Круговорот углерода в природе.
28. Круговорот азота в природе.
29. Круговорот фосфора в природе.
30. Механизм действия обратных связей при реализации гомеостаза. Понятие о гомеостатическом плато.
31. Антропогенные помехи и их влияние на гомеостаз.
32. Понятие о загрязнении окружающей среды. Классификация загрязнений.
33. Состав атмосферы и виды загрязнений воздуха.
34. Роль CO2 в прозрачности воздуха и изменение альбедо при действии промышленных выбросов.
35. Особенности воздействия загрязнителей на гидросферу. Примеры загрязнения природных вод.
36. Загрязнения литосферы. Источники загрязнения.
37. Загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы. Сравнительный анализ.
38. ГОСТы для определения концентрации веществ, не содержащихся в постоянном составе атмосферы.
ОБУВ, ОДК, ВДК.
39. Понятие о ПДК (ПДК рабочей зоны и ПДК атмосферного воздуха), их отличия.
40. ПДК максимально разовые и ПДК среднесуточные.
41. ПДК экспериментальные и ПДК расчетные. Методы их определения.
42. Понятие о ПДВ, ВСВ. Эффект суммации.
43. Предельно допустимые нагрузки на водный объект, чем он определяется. Понятие о ПДЭН.
44. Определение загрязненности воды, сопоставление со свойством саморазгрузки водного объекта.
45. Лимитирующий показатель вредности.
46. ПДС вредных веществ.
47. Понятие о ХПК и БПК, для чего они нужны.
48. Производственные ограничения на сброс сточных вод.
49. Особенности процессов, протекающих в почвах. Понятие о Гумусе. Понятие о ДОК. Для чего он
вводится.
50. Фоновый показатель качества природной среды и ее организации.
51. Понятие о мониторинге, цели и задачи.
52. Система глобального мониторинга и его организация.
53. Методы экологической индикации загрязнений окружающей среды.
54. Основные характеристики качества воды. Подробнее о водородном показателе воды. Значение рН в
природных водах. Влияние на рН содержания ионов НСО3-.
55. Характеристики качества воды: электропроводность и окислительно-восстановительный потенциал.
56. Характеристики качества воды: содержание растворенного кислорода; общее содержание в воде
органических веществ.
57. Гравиметрические и титриметрические методы анализа сточных вод и их виды.
58. Фотометрические методы анализа сточных вод. Потенциометрия и потенциометрическое титрование.
Вольт амперометрические методы.
59. Методы очистки сточных вод: механические, физико-химические: фильтрация, адсорбционный метод,
обратный осмос.
60. Методы очистки сточных вод: коагуляция, ионообменный метод, радиационно-химический метод.
61. Электрохимические методы очистки сточных вод: электрофлотация, электрокоагуляция.
62. Химические методы очистки сточных вод. Биологическая очистка. Виды сточных вод.
63. Очистка сточных вод от нефтепродуктов и красителей.
64. Общие экологические проблемы производства полупроводниковых приборов и микроэлектроники.
65. Способы отделения твердой фазы: седиментация, фильтрация (различные фильтры), центрифугирование.
66. Методы отделения твердых отходов из сточных вод: флотация и электрофлотация.
67. Методы отделения твердых отходов из сточных вод: электрофорез и электроосмос, диализ.
68. Классификация методов и аппаратов для обезвреживания газовых выбросов.
69. Источники газовых выбросов в литейном производстве, сварке, прокатке, электрохимической и
механической обработке металлов.
70. Токсическое воздействие газовых выбросов на человека.
71. Методы очистки газов от пыли и принцип действия пылеулавливающих аппаратов.
72. Чем отличаются механические, гидравлические, фильтрационные очистные аппараты.
73.Суть адсорбционных методов очистки газов. 5 типов адсорбентов.
74.Суть абсорбционных методов очистки газов. Абсорбция физическая и химическая.
75. Каталитические методы очистки газов.
76. Приборы для контроля пыли в промышленных цехах.
77. Приборы для контроля газов и паров в промышленных цехах.