Человек надеется на научно-технический прогресс, который решит разом все экологические проблемы. Только напрасно, потому что губят природу не заводы и комбинаты, а люди, работающие на них. И не по злому, конечно умыслу, а от экологического невежества, от уверенности, что от природы не убудет, что кладовые её бездонны, леса бескрайни. Между тем, все природные ресурсы исчерпаемы кроме, пожалуй, одного – разума человека. На него и надежда. Есть ещё время не допустить катастрофы. А начать надо с себя!
Шестой год подряд члены экологического кружка средней школы № 10 г. Каменск-Шахтинского (с почти 100 –тысячным населением) Ростовской области проводят наблюдения и элементарные экологические исследования родного края, результаты которых успешно представляют на городской, областной и всероссийской экологических конференциях.
Посёлок южный, в котором располагается наша школа №10, примыкает к южной окраине г. Каменск-Шахтинского. Через наш город проходят не только федеральные автотрасса и железнодорожная магистраль, соединяющие юг России и её центр, но и множество областных и районных автодорог. Непосредственно через наш посёлок проходит областная автотрасса «Каменск-Донецк».
Ходя в походы и экскурсии мы обратили внимание, что кроны деревьев одних и тех же пород значительно различаются не только размерами, но и величиной листьев, количеством прироста молодых побегов, общим состоянием деревьев – в зависимости от зоны посёлка, где они произрастают. Нами была сформулирована гипотеза, с помощью которой мы попытались объяснить свои наблюдения: возможно деревья имеют разный возраст; а возможно, что именно выхлопные газы автомобилей так загрязняют атмосферный воздух, что это сказывается на жизни растений.
В 2005 году юные экологи школы №10 оценивали состояние воздушной среды в микрорайоне школы п. Южного с помощью биоиндикационного метода, по кислотности дождевых осадков, запылённости воздуха и автотранспортной нагрузке.
Цели нашей работы:
1. Определить степень антропогенного воздействия на атмосферный воздух в разных экологических зонах микрорайона школы.
2. Привлечь внимание общественности к проблеме загрязнения атмосферы автотранспортом.
Основные задачи работы:
1. Научиться элементарным методикам экологического тестирования состояния атмосферного воздуха.
2. Провести предварительную оценку состояния атмосферного воздуха для прогнозирования негативных последствий антропогенного воздействия на окружающую среду.
3. Вооружиться знаниями о причинах изменений в окружающей среде, последствиях этого изменения и возможных направлениях устранения нарушений экологических характеристик.
4. Оценить количество ряда загрязняющих веществ, попавших в окружающую среду с выхлопными газами автомобилей.
5. Спроектировать и приступить к выполнению практического проекта «Зеленострой».
В ходе исследования были использованы методы:
1. Теоретический метод: сравнение и анализ научной и научно-популярной литературы.
2. Практические методы:
Метод наблюдения и оценки текущего состояния экосистемы;
Биологические методы – биоиндикация и биотестирование;
Статистическая обработка полученных результатов;
В сборе данных для этой работы принимали участие не только члены экологического кружка, но и ребята, интересующиеся вопросами биологии, экологии, химии, географии, информатики, математики. Такой подход к изучению природных процессов привёл нас к высокому качеству усвоения учебного материала по соответствующим дисциплинам, сформировал стойкий интерес к вопросам экологии. Можно с уверенностью сказать, что полученные экологические знания определят «экологическую чистоту» принимаемых нами в будущей жизни решений.
1. Методика оценки состояния атмосферы воздуха в разных зонах города.
Роль атмосферы в природных процессах велика. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космических и УФ излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них – на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования.
Чистый воздух необходим для жизни человека, растений и животных. Атмосферные загрязнения оказывают отрицательное влияние на живые организмы, что приводит к сокращению численности видового разнообразия животных и растений, заболеваемости человека.
1. Методика расчета выброса загрязняющих веществ автотранспортом.
Оборудование: блокнот, ручка, калькулятор.
Для учета автомобильных потоков в прилегающем к школе микрорайоне составляется схема всех улиц, по которым разрешено движение автотранспорта. Затем выбирается несколько улиц с незначительным, средним и интенсивным движением автомашин. На каждой выбранной улице намечается один или несколько створов наблюдений. Желательно, чтобы они располагались вдали от перекрестков и остановок транспорта, были удобны и безопасны для наблюдателей. На каждый створ требуется два наблюдателя: один учитывает машины, идущие из центра на окраину, второй – из окраинных районов в сторону центра. Каждую проехавшую автомашину ученик отмечает точкой в соответствующей графе учетной таблицы.
Таблица 1. 1
Учет автомобилей на данной улице.
Тип автомобиля Группа Число единиц
Грузовой,с бензиновым двигателем М 1
Грузовой,с дизельным двигателем М 2
Грузовой, на сжатом газе М 3
Автобус с бензиновым двигателем М 4
Автобус с дизельным двигателем М 5
Легковые служебные автомобили М 6
Легковые индивидуальные М 7
Точное определение концентраций загрязняющих веществ в воздухе требует специальных навыков, аппаратуры для отбора и анализа проб, реактивов. Подробно, для специалистов, процедура расчета выбросов СН, СО, NO описана в Методических рекомендациях по расчету выбросов загрязняющих веществ автомобильным транспортом(1985). Школьникам доступна приблизительная оценка влияния автомобильного транспорта на качество воздуха в населенном пункте.
Экспериментальным путем установлено, что масса выбрасываемого загрязняющего вещества зависит от типа автомобиля (грузовой, легковой, автобус), марки двигателя, вида топлива, а также от технического состояния машины. Таким образом, поскольку разные машины выбрасывают разное количество загрязняющих веществ, расчет выбросов ведется для каждого типа автомобилей отдельно по формуле:
M (I, j) =m (I, j)*k (I, j)*r (I, j),
Где М(I, j) – масса j-го загрязняющего вещества (например, СО), выброшенного одним автомобилем на протяжении одного километра пути (легко определить выброс загрязняющего вещества всеми автомобилями данного типа, умножив M(I, j) на количество машин); m (I, j)- удельный выброс (количество граммов на 1км пробега) j-го загрязняющего вещества автомобилем I-го типа, установленный экспериментальным путем; r (I, j)- коэффициент влияния среднего возраста автомобиля I-го типа на выброс j-го загрязняющего вещества; k (I, j)- коэффициент влияния технического состояния автомобиля I- го типа на выброс j-го загрязняющего вещества.
Поскольку различные типы машин выбрасывают различное количество веществ, необходимо считать выбросы для каждого типа автомобилей отдельно.
Выделены следующие группы:
М 1- грузовые автомобили с бензиновым двигателем;
М 2- грузовые автомобили с дизельным двигателем;
М 3- грузовые автомобили, работающие на сжатом газе;
М 4- автобусы с бензиновыми двигателями;
М 5- автобусы с дизельными двигателями;
М 6- легковые служебные автомобили;
М 7- легковые,индивидуальные автомобили.
Величины удельного выброса автотранспортом СН, СО, NO, а также значения коэффициентов влияния среднего возраста автомобилей и их технического состояния на выброс загрязняющих веществ автотранспорта.
Таблица 1. 2
Удельный выброс загрязняющих веществ автотранспортом m (I, j),г/кг
Группа машин СН СО NO
М 1 12,0 55,5 6,8
М 2 6,4 15,0 8,5
М 3 7,5 25,0 7,5
М 4 9,6 51,5 6,4
М 5 6,4 15,0 8,5
М 6 1,6 16,1 2,2
М 7 1,7 16,1 2,1
Таблица 1. 3
Коэффициенты влияния среднего возраста автомобилей r (I, j) и их технического состояния k (I, j) на выброс загрязняющих веществ.
Группа машин СН СО NO
r (I, j) k (I, j) r (I, j) k (I, j) r (I, j) k (I, j)
М 1 1,2 1,9 1,3 1,7 1,0 0,8
М 2 1,2 1,2 1,3 1,8 2,0 1,0
М 3 - - - - - -
М 4 1,2 1,9 1,3 1,7 1,0 0,8
М 5 1,7 2,0 1,3 1,8 1,0 1,0
М 6 1,7 1,8 1,3 1,6 1,0 0,9
М 7 1,7 1,8 1,3 1,6 1,0 0,9
Поскольку без применения технических средств невозможно определить, в каком состоянии находятся автомашины, при расчетах допустимо предположить, что 50% автомобилей находятся в удовлетворительном состоянии, а 50% - в неудовлетворительном.
Определив интенсивность, потока в нескольких участках района исследования и проведя расчеты по приведенной выше формуле, можно сравнить интенсивность выбросов на разных улицах.
1. 2. Методика определения изменчивости площади листьев древесных растений в разных экологических условиях.
Оборудование: лист белой бумаги, ножницы, весы технические с разновесами, линейка, авторучка, карандаш, микрокалькулятор.
Все метамерные органы растений реагируют на загрязнение среды или абиотические факторы. Ростовые процессы у растений включают в себя множество подпроцессов и фактически являются суммирующими. Растения подвержены очень большой изменчивости (особенно размеры листьев) и диапазон их нормы реакции очень широк. Так, размеры листьев могут сильно увеличиваться после обрезки деревьев, т. к. приток пластических веществ и фитогормонов из корневых систем распределяется на оставшиеся после обрезки листья, а также стимулирует пробуждение спящих почек. В то же время размер листьев может сильно уменьшаться в результате длительной весенней засухи. В связи с этим при биоиндикации загрязнения наземных экосистем для научных целей требуются исключение указанных вариантов и при взятии листьев нужно применять большую выборку (60-100 образцов). В санитарных зонах предприятий, в уличных посадках в большинстве случаев размеры листьев уменьшены по сравнению с более чистой загородной территорией. Существует несколько способов измерения площади листьев. Модификацией весового метода является разработка Дорогань Л. В. (1994), где предварительно для древесной породы определяют переводной коэффициент, а затем путём измерения длины и ширины листа производят массовые вычисления площади листьев. Это значительно ускоряет работу при больших выборках.
Во время экскурсии по городу (ее разумнее проводить в самом начале сентября) ученики срезают 100 листьев с одной породы дерева (тополь), растущих в разных экологических условиях, складывают в пакеты, а затем засушивают между листами газетной бумаги в лабораторных условиях. Это дает возможность провести работу в зимний период. Установление переводного коэффициента основано на сравнении массы квадрата бумаги с массой листа, имеющего такую же длину и ширину. Для этого берут бумагу (лучше в клеточку) и очерчивают квадрат, равный длине и ширине листа, а затем аккуратно обрисовывают его контур.
Вычисляют площадь квадрата бумаги, вырезают и взвешивают. Из полученных данных вычисляют переводной коэффициент по формулам 1 и 2:
1) K=Sл / Sкв.
2) S =(Pл Sкв.) / Pкв.
K - переводной коэффициент,
S- площадь листа (л) или квадрат бумаги (кв.),
P- масса квадрата бумаги или листа.
Вычисление коэффициента производится на основании измерения 7-8 листьев. Таким же расчетом он устанавливается отдельно для каждого вида растений. Примерно он равен для березы–0,64; для яблони-0,71-0,72 для тополей -0,60-0,66. Затем измеряют длину (А) и ширину (В) каждого листа и умножают на переводной коэффициент (К):
Получаем ряд значений изменчивости площади листьев для каждой древесной породы в разных экологических условиях. Для каждого ряда вычисляют среднеарифметические величины, сравнивают между собой.
В случае большой выборки строят вариационные кривые встречаемости листьев определенной площади в разных условиях среды.
При этом все ряды по площади листьев разбивают на классы от самого маленького листа до самого большого, с одинаковым шагом между классами. Соответственно по каждому классу производят определение встречаемости.
Кривые сравнивают, делают выводы относительно различий в изменчивости площади листьев в зависимости от экологических условий. Устанавливают разницу в диапазоне изменчивости для маленьких и больших листьев.
2. Результаты оценки состояния атмосферного воздуха в микрорайоне школы.
2. 1 Двойственное значение использования автотранспорта: необходимость для перемещения грузов и, одновременно, серьезная экологическая опасность для природной среды.
Транспорт – важнейшая сфера материального производства – связывает регионы в единую общую систему хозяйственной деятельности. Чем интенсивнее в регионе протекают производственные процессы, тем сильнее в регионе осуществляется воздействие человека на природу, в том числе и посредством транспортных средств. От характера обмена веществ между человеком и природой зависит общее, региональное и локальное состояние окружающей среды. Важнейшим проводником веществ в этом процессе выступают транспорт, причем эта роль транспорта повсеместно возрастает. Деятельность транспорта стала вполне сопоставима с природными процессами перемещения веществ.
Дитя цивилизации, чудо 20 века, троянский конь технического прогресса Как только не называют современный автомобиль! Эти названия отражают не только восхищение успехами автомобилестроения, но и все возрастающие опасения в отношении возможных негативных экологических последствий, вызванных этими успехами. Быстрый, компактный, грузоподъемный, независимый, удобный, незаменимый в жизни автомобиль стал составной частью быта современного человека. Автомобиль – это химический реактор, в котором тепловая энергия окислительно-восстановительной реакцией преобразуется в механическую энергию, вращающую колеса.
Автомобиль предоставляет серьезную химическую опасность для природы, для людей, если не научиться экологически грамотно управлять химическими процессами, протекающими в его двигателе.
Воздействие отработавших газов автомобиля на живые организмы сводится к следующему:
1. Максимальные энергетические показатели двигателя достигаются в условиях избытка топлива, но при этом из-за недостатка кислорода воздуха часть углеводов бензина не окисляется до конца, что приводит к образованию сажи и угарного газа СО, оказывающего вредное воздействие на здоровье человека даже при низких концентрациях вследствие более активного по сравнению с кислородом взаимодействия с гемоглобином крови.
2. В состав бензина входят различные углеводороды. Они попадают в атмосферу вследствие испарения. Продукт неполного сгорания топлива взаимодействуя с оксидом азота, смога – вредного для людей тумана.
3. В условиях высоких температур, развиваемых в цилиндре двигателя, азот окисляется кислородом воздуха до оксида азота (2) NO, вызывающего общую слабость, головокружение и тошноту.
5. При горении бензина в условиях недостатка кислорода и высоких температур образуется брохиатические углеводы, обладающие канцерогенными свойствами, особенно 3,4 – бензпирен.
6. На стадии воспламенения топлива, а тем более при пуске двигателя или его работе без нагрузки, т. е. в условиях избытка кислорода, осуществляется синтез альдегидов, оказывающих наркотическое действие на центральную систему.
7. Для устранения преждевременного воспламенения воздушно-бензиновой смеси в бензин добавляются антидетонаторы, наиболее эффективный среди которых является тетраэтилсвинец (ТЭС) (С2Н5)4Рв. Неизбежное попадание свинца в атмосферу весьма опасно вследствие возможного его накопления в крови и тканях человека и животных, в плодах растений, листьях деревьев.
Вредное влияние химических соединений, образующихся в составе отработанных газов, проявляется не только по отношению к человеку, но расширяется на всю окружающую природную среду.
Вот что такое автомобиль с эколого-химической точки зрения и вот почему «дитя цивилизации» 20 века все больше становится похожим на чудовищного монстра.
Автомобильный транспорт является одним из главных источников загрязнения окружающей среды. Среднегодовой пробег легкового автомобиля составляет 15-25 тыс. км, грузового 5-15 тыс. км, за это время грузовик потребляет 1500-7500 л бензина, легковой автомобиль 1500-2500 л. При сжигании одного литра бензина выделяется 200-400 мг свинца, следовательно, один легковой автомобиль за год выбрасывает в городскую среду 0,3-1 кг свинца.
Дизельные двигатели загрязняют атмосферу сажей, сернистыми соединениями, бензпиреном. Нельзя забывать о вторичном загрязнении атмосферы дорожной пылью, поднимаемой при движении автотранспорта, и продуктами сгорания шин, среди которых отметим соединения цинка и кадмия.
Частички свинца, серы накапливаются в воздухе, переходят в почву, оттуда попадают в растения. Особенно опасна в геохимическом отношении придорожная полоса шириной до 200м. Поэтому вблизи дорог нельзя заготавливать сено, собирать грибы, ягоды, пасти скот. Кроме того, воздух вблизи автодорог, загрязнен пылью, состоящий из частиц асфальта, резины, металла.
Для полного сгорания 1кг бензина требуется теоретически около 15кг воздуха (примерно 3,5кг кислорода). Значит средний автомобиль, пробегающий за год 10 тыс. км и сжигающий около 10 т бензина, расходует 35 т кислорода и выбрасывает в атмосферу 160 т выхлопных газов.
Теоретически при работе двигателя должны образоваться только оксид углерода (4) и вода:
2С8Н18 + 25о2 = 16СО2 + 18Н2О
Но в реальных условиях, тем более при не отрегулированном двигателе, разных скоростях движения автомобиля не все продукты успевают полностью сгореть. В четырехтактных, а особенно в двухтактных двигателях часть углеводородов может оказаться в выхлопных газах. В выхлопных газах автомобиля и мотоцикла обнаружено более 200 различных веществ.
Количество выбросов сильно зависит от культуры эксплуатации машины. Если двигатель эксплуатируется небрежно, если водитель долго разгоняет на промежуточных передачах, если неудачно отрегулировано зажигание, то не только на 15-40% увеличивается расход бензина, но и в 6-8 раз повышается доля токсичных веществ в выхлопных газах.
Автомобильные двигатели внутреннего сгорания (ДСВ) загрязняют атмосферу вредными веществами, выбрасываемыми с отработанными газами (ОГ), картерными газами и топливными испарениями. При этом 95-99% вредных выбросов приходится на ОГ, представляющие собой аэрозоль сложного состава, зависящего от режима работы двигателя.
Элементарный состав автомобильного топлива – это углерод, водород, в незначительных количествах кислород, азот и сера. Атмосферный воздух, являющийся окислителем топлива, состоит в основном из азота (79%) и кислорода (21%). При идеальном сгорании смеси углеводородного топлива с воздухом в продуктах сгорания должны присутствовать лишь N2, CO2, H2O. В реальных условиях ОГ содержат также продукты неполного сгорания (окись углерода, углеводороды, альдегиды, твердые частицы углерода, пероксидные соединения, водород и избыточный кислород), продукты термических реакций взаимодействия азота с кислородом (оксиды азота), а также неорганические соединения тех или иных веществ, присутствующих в топливе (сернистый ангидрид, соединения свинца и т. д.).
Всего в ОГ обнаружено около 280 компонентов. По своим химическим свойствам, характеру воздействия на организм человека вещества, содержащиеся в отработанных и картерных газах, подразделяются на несколько групп. В группу нетоксичных веществ входят азот, кислород, водяной пар, а также углекислый газ. Группу токсических веществ составляют: монооксид углерода, оксиды азота, многочисленная группа углеводородов, включающая парафины, олефины, ароматические соединения и т. п. Далее следуют альдегиды, сажа. При сгорании сернистых видов топлива образуются неорганические газы. Особую группу составляют канцерогенные полициклические ароматические углеводы (ПАУ), в том числе наиболее активный – бензопирен, являющийся индикатором присутствия канцерогенов в ОГ. В случае применения этилированного бензина образуются токсичные соединения свинца.
Состав ОГ основных типов двигателей – бензинового двигателя с искровым зажиганием и дизеля с воспламенением от сжатия, существенно различается, прежде всего, по концентрации продуктов неполного сгорания, а именно монооксидами углерода, углеводородов и сажи. Основными токсическими компонентами ОГ двигателей являются СО, CnHm, NOx и соединениями свинца, дизелей - NOx, сажа.
Концентрации токсических веществ в ОГ изменяются в больших пределах. Количество токсичных выбросов зависит от конструкции двигателя, в частности от топливного механизма.
Дизель менее токсичен, чем бензиновый двигатель. Наиболее полно проявляются положительные качества дизеля в режиме городского движения с большим процентом малых нагрузок и холостого хода.
Нормируемые компоненты ОГ автомобильных двигателей является монооксид углерода, оксиды азота и углеводороды, как обладающие наибольшей токсичностью.
2. 2. Оценка уровня загрязнения воздуха отработанными газами автотранспорта в трёх зонах посёлка.
Один из основных источников загрязнения воздуха в городе- автомобильный транспорт. Санитарные требования по уровню загрязнения допускают поток транспорта в жилой зоне интенсивностью не более 200 авт. /час.
Для учёта автомобильных потоков в прилегающем к школе микрорайоне мы составили схему всех улиц, по которым разрешено движение автотранспорта. Затем выбрали три улицы:
❑ Ул. Алтайская –с незначительным авто потоком;
❑ Ул. Профсоюзная – со средним авто потоком;
❑ Ул. Морская –с интенсивным движением.
Учёт автомобилей провели по методике (раздел 1. 1).
Ход работы.
1. Произвели несколько наблюдений в течение одного часа (с 14 до 15 час.) за перемещением автотранспорта в назначенных створах.
Таблица 2. 1.
Количество автомобилей разных марок, проезжающих по исследуемым улицам п. Южного за 1 час (усреднённо).
Группа машин Ул. Алтайская, шт. Ул. Профсоюзная Ул. Морская, шт.
2. Так как разные автомобили выбрасывают разное количество загрязняющих веществ, проводим расчёт выбросов для каждого типа автомобиля отдельно, с учётом их количества.
Например, масса угарного газа (СО), выброшенного одним автомобилем марки М 1(грузовой с бензиновым двигателем) на протяжении 1 км пути равна: м (М1;СО) = 55. 5 г/км х 1,3 х1,7 =122,66 г/км
Тогда масса угарного газа, выброшенного всеми автомобилями этой марки на протяжении 1 км пути по ул. Морской за 1 час равна:
М (М1;СО) = 82шт. х 122,66 г/км = 10,06кг/км.
Таблица 2. 2.
Масса загрязняющих веществ (М), выбрасываемых всеми автомобилями разных марок на протяжении 1 км пути, в течение 1 часа на ул. Морской.
Группа машин М (СН), г/км М (СО),г/км М (NОх),г/км
М 1 2243,5 10058 446,1
М 2 138,2 292,5 255
М 4 525,3 2101,2 122,9
М 5 43,5 70,2 17
М 6 97,9 669,8 39,6
М 7 2106,8 13562,6 765,5
Все автомобили: 5155,2 26754,3 1646,1
Таблица 2. 3.
Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых всеми автомобилями разных марок на протяжении 1 км пути, в течение 1 часа на ул. Профсоюзной.
Группа машин М (СН),г/км М (СО),г/км М (N Ох),г/км
574,6 2575,8 114,2
М 2 285,7 1088,1 527
М 4 175,1 910,5 40,96
М 5 65,3 105,3 25,5
М 6 73,44 502,32 29,7
М 7 2002,8 12892,9 727,65
Все автомобили: 3176,94 18074,9 1465,0
Таблица 2. 4.
Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых всеми автомобилями разных марок на протяжении 1 км пути, в течение 1 часа на ул. Алтайской.
Группа машин М (СН),г/км М (СО),г/км М (NОх),г/км
М 1 136,8 613,3 27,2
М 2 18,43 70,2 34
М 4 65,7 341,5 15,4
М 7 197,7 1272,5 71,8
Все автомобили: 428,4 2364,5 152,4
2. Результаты исследований представляем в виде диаграммы.
Вклад автотранспорта в валовые выбросы вредных веществ в атмосферу города Каменск - Шахтинского составляет 78 % .
Особую опасность представляет загрязнение атмосферного воздуха свинцом, соединения которого используются в качестве антидетонационных присадок к бензину. На улицах с интенсивным движением содержание свинца в атмосферном воздухе достигает 6 мкг/куб. м.
Максимальная концентрация свинца наблюдается в 20 м от трассы (80мкг/л), тогда как, начиная с 50м она остаётся на постоянном уровне(30мкг/л). При максимальной интенсивности движения содержание свинца(например, во мхах) 223мкг/л, а при минимальной 4-50 мкг/л. .
Дальность распространения свинца от источника 0-500 км.
Время пребывания в природной среде: в атмосфере –5 – 20 часов; в воде – месяцы; в почве – годы.
Человек,представляющий одно из последних звеньев пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность нейротоксического воздействия свинца. Соединения свинца поступают в организм через кожу и слизистые оболочки, через дыхательные пути и пищевой тракт. При интоксикации свинцом развивается поражение мозга (энцефалопатия), нарушается дыхательная функция крови вследствие разрушения эритроцитов, возможно нарушение функции пищеварительного тракта в результате атрофии слизистой оболочки тонкого кишечника и угнетения целого ряда ферментов за счёт вытеснения свинцом из последних цинка и меди. Содержание свинца в крови не приходит к норме даже спустя три года после нормализации его уровня в воздухе. Установлена зависимость между уровнями свинца и кадмия в волосах школьников и степенью умственного развития. .
2. 3. Результаты использования растений как биоиндикаторов загрязнения в условиях антропогенного ландшафта микрорайона школы.
Внешние воздействия могут вызывать у особи изменения, которые бывают для них вредными, безразличными или полезными, т. е. приспособительными. Реализация наследственной информации находится в прямой зависимости от среды. Организмов вне среды не существует. Поскольку организмы являются открытыми системами, находящимися в единстве с условиями среды, то и реализация наследственной информации происходит под контролем среды.
Один и тот же генотип способен дать различные фенотипы, что определяется условиями, в которых реализуется генотип в процессе онтогенеза. Фенотипическая изменчивость происходит в пределах нормы реакции.
Растения подвержены очень большой изменчивости (особенно размер листьев) и диапазон их норм реакции очень широк.
Современные физико-химические не дают полной картины экологической ситуации в конкретной местности, поэтому возникает необходимость использовать данные биомониторинга и проводить биоиндикационные исследования.
Растение- индикатор – это такое растение, у которого признаки повреждения появляются при воздействии на него фитотоксичной концентрации одного или нескольких загрязняющих веществ. Растение – индикатор является химическим сенсором, который может обнаружить в воздухе присутствие загрязняющего вещества. К таким веществам относятся тяжёлые металлы(Pb, Cd), сероводород, аммиак, сернистый газ и другие. В результате их воздействия у растений может измениться скорость роста, созревания, возникнуть ухудшение цветения, образования плодов и семян, измениться процесс размножения и, в конечном счёте, снизится продуктивность и урожайность.
2. 3. 1. Биоиндикация атмосферного воздуха на улицах п. Южного
Биоиндикацию состояния окружающей среды микрорайона школы проводим с помощью тополя канадского с использованием весового метода Л. В. Дорогань, определяя площади листьев у древесного растения (раздел 1. 2.).
Объектами исследования стали три тополя приблизительно одного возраста (определяем по толщине ствола), растущие в разных экологических зонах микрорайона школы, на улицах с разной транспортной нагрузкой:
1. Улица Морская, по которой проходит участок автотрассы «Каменск-Донецк».
2. Улица Профсоюзная с оживлённым движением автотранспорта;
3. Улица Алтайская, на которой располагается наша школа; транспортная нагрузка небольшая.
Ход работы.
1. Собрали по 100 листьев с каждого дерева.
2. Установили переводной коэффициент:
Sл=Sкв х Рл / Ркв=11см х 7,5см х 0,2г / 0,3г=55см
Sкв = 87,5 см
К = 55 см /83,3 см =0,66
3. Измерим длину и ширину каждого листа и определим его площадь S =АхВхК.
Таблица 2. 5.
Площади листовых пластинок тополя канадского, ул. Алтайская.
№ листа Длина листа,см Ширина листа,см Площадь листа,см № листа Длина листа,см Ширина листа,см Площадь листа,см
12 8 63,36 48. 10,5 6,5 45,05
11 7,5 47,19 49. 10 6,5 39,6
11 6,5 54,45 50. 11,5 6 49,34
12 7 55,44 51. 11,5 6,5 53,13
11,5 7,5 56,93 52. 9 7 38,61
12 7 55,44 53. 9,5 6,5 34,45
12 7,5 59,4 54. 10 5,5 42,9
12,5 8 66 55. 11 6,5 58,08
12,5 7,5 61,86 56. 10,5 8 41,58
11,5 6,5 49,34 57. 10,5 6 45,05
5,7 5,2 19,6 58. 10 6,5 З6,3
10 6 39,6 59. 11,5 5,5 53,13
7 5,4 25 60. 9,5 7 34,49
5,9 3 15 61. 9,5 5,5 34,45
10,5 6,5 45,05 62. 11 5,5 43,56
11 6 43,56 63. 12,5 6 61,88
12 6,5 51,48 64. 14 7,5 83,16
10,5 7 48,51 65. 12 9 63,36
10,5 7,5 51,96 66. 13 8 68,64
10 6 39,6 67. 14,5 8 86,13
11,5 6 45,54 68. 12 9 63,36
11 6,5 47,19 69. 13 8 72,93
10,5 6 41,58 70. 10 6,5 42,8
12 7,5 59,4 71. 8 6 31,68
10,5 6 41,58 72. 9,5 5,5 34,45
10 7,5 49,5 73. 9 7 41,58
11 7 50,81 74. 7,5 4 20
13 8 68,64 75. 12 8,5 67,32
11,5 7 53,15 76. 15 9 89,1
12 7,5 59,4 77. 10,5 6 41,58
10 7 46,2 78. 11,5 7 53,13
5,8 4,7 18,4 79. 13 8 68,64
9 7 41,58 80. 14 9 85,16
11 7,5 54,45 81. 12 8,5 67,32
11 7,5 54,45 82. 15 10 99
9 6 35,64 83. 12,5 10 82,5
11,5 7 53,13 84. 11,5 8 60,72
13 8 68,64 85. 9,5 7 43,89
10,5 8 55,44 86. 9 7 41,58
11 7 50,82 87. 10,5 9 62,37
10,5 6 41,58 88. 10,5 6 41,58
10,5 7 48,51 89. 10,5 7 74,16
10,5 7 48,51 90. 11 9 65,34
10,5 6 48,58 91. 9 7,5 44,55
11 6,5 47,19 92. 10,5 7,5 51,98
9 6 35,64 93. 12 8,5 67,32
11,5 6 49,34 94. 9,5 7 43,89
95. 12,5 6,5 53,63 98. 15 9,5 94,05
96. 9,5 6,5 40,78 99. 11. 5 8 60,72
97. 8,5 6 39,66 100. 12,5 8 66
4. Определяем классы площадей листовых пластинок тополя и частоту их встречаемости на растении.
Таблица 2. 6
Классы площадей листовых пластинок тополя по частоте их встречаемости, в разных зонах микрорайона.
Классы площадей, см 7-18 19-30 31-42 43-54 55-66 67-78 79-90 91-102
Частота встр-сти, ул. Морская 22 46 15 7 5 3 2 -
Ул. Профсоюзная 8 15 39 25 10 2 1 -
Ул. Алтайская 2 3 23 34 22 9 4 3
5. Получив ряд значений изменения признака в разных экологических условиях,строим вариационные кривые встречаемости листьев определённой площади.
Рассмотрев вариационные кривые, приходим к выводу, что реализа- ция наследственной информации находится в прямой зависимости от среды. Условия среды влияют на степень выраженности наследственного признака
(размеры листовых пластинок) и число особей,проявляющих этот признак.
Так как (мы выяснили из раздела 2. 2) загрязнённость атмосферного воздуха выхлопными газами на ул. Морской велика из-за максимального транспортного потока, то загрязнённая атмосфера (а значит и почва) влияют на ростовые процессы тополя. Площади его листовых пластинок варьируют от 7 до 42 см кв.
Атмосферный воздух ул. Алтайской менее всего загрязнён выхлопными газами из-за малого авто потока; площадь листовых пластинок тополя, произрастающего на этой улице, изменяется от 30 до 80 см кв.
Основные экологические факторы в населённых пунктах существенно отличаются от тех, которые влияют на растения в естественной обстановке. Загрязнение воздуха, воды,почвы оказывает влияние на физиологические функции растений,их внешний облик, состояние, продолжительность жизни, генеративную сферу. Вещества - токсиканты адсорбируются на клеточных оболочках растений, проникают внутрь клеток, нарушают обмен веществ; в результате резко снижается фотосинтез, усиливается дыхание.
Обычно признаки поражения растения токсикантами выражаются в некрозе края листа, побурении листьев, появлении уродств, отмирании. Пыль, оседающая на листья, действует как экран, снижающий доступ света и усиливающий поглощение тепловой радиации. Кроме того возможна закупорка листьев пылевыми частицами. Загрязнение почвы и вод нефтепродуктами вызывает разные этапы повреждения растений- от отсутствия завязывания семян, размеров органов до полной гибели.
2. 3. 2. Результаты биотестирования родника «Криница» (ул. Морская), находящегося на обочине автотрассы.
В 2004 году юные экологи нашей школы проводили комплексные исследования природных водоёмов своего посёлка. Среди объектов исследования был и родник «Криница», который располагается на улице Морской всего в десятке метров от автотрассы «Каменск-Донецк». Мы, кружковцы, проводили биотестирование семян фасоли разными природными водами и были чрезвычайно удивлены, что родниковая вода (питьевая для жителей нашего посёлка) далеко не однозначно действует на тест - растения, особенно на развитие корневой системы. По сравнению с контролем (водопроводная вода) наблюдается подавление ростовых процессов фасоли криничной водой.
Среди химических загрязнителей криничной воды мы выделили свинец, выделяющийся при сжигании топлива в автомобилях, проезжающих по автотрассе (раздел 2. 2).
Таблица 2. 7.
Влияние различных проб воды на прорастание семян и ростовые процессы фасоли.
Варианты Повторности Семена Корешки Ростки Вес проростков, опытов г
Всего Проросших Длинна,мм Вес,г Длинна,мм Вес,г
Контроль 1 10 10 23,0 0,095 37,0 0,232 0,33
(кип. вода)
2 10 10 45,0 0,224 134,5 1,021 1,25
3 10 10 27,0 0,095 27,0 0,172 0,27
4 10 10 41,0 0,102 67,0 0,17 0,27
5 10 10 54,5 0,065 29,5 0,195 0,26
Проба 1 1 10 10 17,6 0,026 36,8 0,175 0,20
2 10 10 13,0 0,03 27,1 0,135 0,17
3 10 10 15,4 0,035 31,7 0,18 0,22
4 10 10 21,5 0,02 34,9 0,095 0,12
5 10 9 6,5 0,047 19,7 0,15 0,20
2. 3. 3. Роль зелёных насаждений в жизни нашего города и посёлка.
Роль зелёных насаждений в жизни города огромна. Согласно закону РФ «Об охране окружающей природной среды» (1992 г.), зелёные зоны городов и населённых пунктов относятся к особо охраняемым природным территориям. Растительность на улицах городов, посёлков рассматривается, прежде всего, с точки зрения улучшения среды жизни человека в гигиеническом и эстетическом отношениях.
Зелёные насаждения города входят в состав комплексной зелёной зоны. Главная функция насаждения – санитарно-гигиеническая, рекреационная, структурно-планировочная и декоративно- художественная.
Зелёные растения имеют огромную роль в обогащении окружающей среды кислородом и поглощении образующегося углекислого газа. Дерево средней величины за 24 часа восстанавливает столько кислорода, сколько необходимо для дыхания трёх человек. Разные растения (они растут возле и внутри школьного двора) способны выделять различные количества кислорода за период вегетации с поверхности листвы площадью 1 кв. м.
Сирень-1,1 кг;
Ясень-0,89 кг;
Дуб-0,85кг;
Сосна-0,81 кг;
Клён-0,62 кг.
Различаются растения, произрастающие возле школы и по эффективности газообмена. Если эффективность газообмена ели принять за 100%, то у сосны обыкновенной –164%, дуба черешчатого- 450%, тополя-691%.
Растения улучшают микроклимат: понижают тепловую радиацию, повышают влажность воздуха, многие выделяют фитонциды (белая акация, туя западная,конский каштан, сосна обыкновенная).
Некоторые растения в три раза увеличивают количество лёгких отрицательных ионов и способствуют снижению количества тяжёлых ионов, которые отрицательно влияют на дыхание людей, вызывая усталость;а лёгкие отрицательные ионы улучшают деятельность сердечно-сосудистой системы, способствуют увеличению уровня ионизации воздуха (концентрация лёгких ионов под их кронами достигает 500 ионов/мл) :
Сосна обыкновенная;
Белая акация;
Сирень обыкновенная;
Тополь чёрный и пирамидальный.
Зелёные растения снижают уровень городского шума, ослабляя звуковые колебания в момент прохождения их через ветви и листву. Наиболее шумозащитной способностью отличаются:
Клён; - тополь; - вяз.
Огромная роль зелёных насаждений в очистке воздуха города. Задерживая потоки воздуха, растения поглощают содержащиеся в нём загрязняющие вещества- мелкодисперсные аэрозоли и твёрдые частицы, а так же газообразные соединения, поглощаемые растениями или не включающимися в метаболизм растительными тканями. Процесс фильтрации воздуха можно разделить на 2 фазы: задерживание газов и аэрозолей и взаимодействие их с растениями. Способность осаждать пыль объясняется строением кроны и листвы растений. Когда запылённый воздух проходит через естественный лабиринт, происходит своеобразная фильтрация. Значительная часть пыль задерживается на поверхности листвы, веток, стволов. При выпадении осадков она смывается и вместе с водными потоками уносится в почву и канализационную сеть. У различных растений пылеулавливающие свойства не одинаковые. Запылённость поверхности листьев:
Вяза –3,4 г/м^
Сирени- 1,6;
Клёна- 1;
Тополя- 0,6.
Зелёные насаждения оказывают эмоционально-психическое воздействие: активно способствуют восстановлению сил и равновесия между организмом и окружающей средой.
Тополь – дерево уникальное.
❑ Эффективно удерживает в себе металлосодержащую пыль (летом – до 50%, зимой - до37%).
❑ Выделяет кислорода в 7 раз больше, чем, например ель.
❑ Средневозрастной тополь в период вегетации поглощает до 40 кг углекислого газа в час.
❑ Эффективность поглощения углекислого газа для тополя 691%.
❑ По степени увлажнения воздуха он превосходит ель, например, почти в 10 раз
❑ Посадки тополей дешевле и целесообразнее с точки зрения экономии городской площади.
❑ Он способствует насыщению воздуха полезными лёгкими отрицательными ионами.
❑ Тополиный пух осаждает на землю тысячи тонн пыли, копоти.
❑ Тополь декоративен, быстро растёт, хорошо размножается.
2. 3. 4. Практическая работа кружковцев и юных экологов СШ №10 по устранению негативных последствий антропогенного воздействия на окружающую среду.
Нами был составлен и выполнен с помощью старшеклассников практико-ориентированный проект «Зеленострой».
Населённый пункт: п. Южный, город Каменск-Шахтинский.
Объект: территория СШ №10.
Период выполнения: апрель-октябрь 2005 г.
Цель проекта: содействовать улучшению экологической обстановки в городе и его окрестностях с помощью:
1. приведение в порядок школьной территории и участка, закреплённого за школой;
2. посадка деревьев и разбивка цветников;
3. очистка и благоустройство родника.
Исполнители проекта: учителя и учащиеся школы, родители.
Социально- экологическая проблема: загрязнённость воздушной среды, недостаточное озеленение пришкольной территории.
Влияние на окружающую среду и жизнь людей: в результате осуществления проекта повысился уровень заинтересованности в защите природной среды у учащихся школы; благоустроенные территории способствуют повышению их эколого-эстетических характеристик.
Распространение информации о проекте: информация распространялась через СМИ и на конференции «Сохраним шар земной голубым и зелёным».
В ходе выполнения проекта особенно удалось привлечь внимание школьников к экологическим проблемам города и посёлка, включить их в активную деятельность по решению проблем. Школьники стали более внимательно относится к зелёным насаждениям, проблемам бытового мусора.
Трудности, возникшие при выполнении проекта: возникли сложности с обеспечением рассадой. Помощь оказали родители.
Логическая схема проекта:
Задачи Методы-виды деят-ти Результат
1. Принять участие в акции «Зелёная волна». Уборка пришкольной тер- Убраны территория школы и прилегающие улицы.
ритории и закреплённых участков.
Посадка деревьев и кустарников. Посажено: 50 сосенок,
50 клёнов,
10 черёмух.
Разбивка клумб. Около стеллы «Погибшим воинам» разбито 2 клумбы.
2. Принять участие в операции «Живи, Взятие родника под охрану. Благоустроен родник «Криница» убран мусор, вырублен сухой родник!». тростник.
3. Провести биомониторинг воздуха. Провести биоиндикацию атм. воздуха посёлка. Установили наиболее загрязнённые улицы посёлка.
Анализируя полученные результаты мы,юные экологи, пришли к следующим выводам:
▪ Проводя предварительную оценку состояния атмосферного воздуха своего посёлка, мы определили зону наиболее сильного антропогенного воздействия на окружающую среду: окраинную улицу Морскую, по которой проходит часть автотрассы «Каменск - Донецк».
▪ Оценив количество ряда загрязняющих веществ (СН,СО,N Ох), попавших в окружающую среду с выхлопными газами автомобилей, мы доказали, что ул. Алтайская, на которой расположена сш№10, находится в зоне минимального антропогенного загрязнения.
▪ Проводя биоиндикацию состояния окружающей среды посёлка весовым методом Л. В. Дорогань, мы доказали, что антропогенное загрязнение атмосферы существенно воздействует на высшие растения: изменяет окраску, форму,рост листьев.
▪ В результате исследования мы пришли к выводу, что живые индикаторы имеют большие преимущества, устраняя применение дорогостоящих и трудоёмких физико-химических методов для определения степени загрязнения среды: они суммируют все без исключения важные данные о загрязнениях, указывают скорость происходящих изменений, пути и места скопления в экосистемах различного рода токсикантов, позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека.
▪ Вооружившись знаниями о причинах и характере изменений в окружающей среде, выбрали доступные нам направления устранения нарушений экологических характеристик: контроль и уход за имеющимися растениями, посадка саженцев, распространение информации об экологических проблемах в городских СМИ.
▪ В ходе исследовательской работы мы научились элементарным методикам экологического тестирования состояния атмосферного воздуха, почувствовали причастность к выполнению серьёзных дел, полезность обществу.
Заключение и перспективы.
Наша Ростовская область находится в южном федеральном округе. В этом густонаселённом регионе практически не осталось нетронутых уголков природы. Поэтому проблема охраны окружающей среды с каждым годом становится всё острее. Чем скорее будет получена информация обо всех источниках и масштабах загрязнения, тем быстрее будут приняты меры по предотвращению негативных последствий техногенеза
Мы, юные экологи, провели предварительную экологическую оценку состояния атмосферного воздуха микрорайона школы, выделили экологически опасные и благоприятные зоны, распространили эту информацию в СМИ.
В этом общественно важном деле у нас возникает чувство ответственности за всё, что происходит вокруг. Школьный экологический кружок под руководством Павловой Валентины Алексеевны работает уже шестой год. Каких только проектов мы не выполняли! Это «Древний коралловый риф на окраине родного города», «Влияние выпаса крупного рогатого скота на местные пастбища», «Определение уровня физиологического состояния подростков своего класса», «Комплексное исследование природных водоёмов родного посёлка» и другие.
Можно быть уверенным, что кто в юные годы приобщился к борьбе за охрану природы, уже никогда не станет её недругом.
Экологическая работа нашей школы пятый год подряд признаётся лучшей среди других пятнадцати школ города на ежегодной межшкольной экологической конференции; оценивалась вторым местом на областной краеведческой конференции «Отечество»; представлялась на финальной конференции шестой всероссийской олимпиады «Созвездие» научно – исследовательских проектов молодёжи по проблемам защиты окружающей среды.
Может быть эта область деятельности и не пользуется популярностью у молодёжи, но для нас, кружковцев (разновозрастной отряд с 8 по 11 класс) – элемент творчества и ощущения полезности обществу является основным критерием в выборе профессии. Мы ежегодно участвуем в региональной геоэкологической олимпиаде при Ростовском Государственном университете, ежегодно занимаем призовые места. С учётом итогов олимпиады уже 5 бывших кружковцев с 1-го по 5-й курс овладевают специальностью «геоэкология» в РГУ только на «хорошо» и «отлично».
Осознание общих целей и трудностей, стоящих на пути у человека, неизбежно порождают ощущение общепланетарного единства людей. Нам просто необходимо научиться чувствовать себя членами одной семьи, судьба которой зависит от каждого из нас.
Перспективы.
В плане юных экологов сш№10:
✓ Продолжить наблюдение за состоянием атмосферного воздуха своего посёлка, фиксируя изменения.
✓ Провести акцию «Экология – безопасность – жизнь» с целью пропаганды экологических знаний.
✓ Объединить как можно больше учеников своей школы и родителей для акции «Древонасаждение».
✓ Привлечь внимание администрации города к экологическим проблемам состояния атмосферного воздуха в городе Каменск – Шахтинский.
Атмосферный воздух пока ещё не считается ресурсом в экономическом смысле слова, т.е. пользование им осуществляется бесплатно.
Тем не менее, он используется в качестве природного ресурса, во-первых, для извлечения большой группы сжатых и сжиженных газов (азот, кислород, аргон, гелий, ксенон, твердая углекислота), а также в качестве приемника загрязняющих веществ промышленных предприятий (ассимиляционный ресурс).
В последнее время решающим фактором, определяющим экологическое состояние атмосферного воздуха, стало ᴇᴦο загрязнение.
Под загрязнением атмосферы следует понимать любое изменение её состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений в экосистемах.
По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на˸ 1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твердые (канцерогенные вещества, свинец и ᴇᴦο соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и пр.)
Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной деятельности человека – это диоксид серы (SO 2), оксиды азота (NO, NO 2), оксид углерода (CO) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в общем объёме выбросов вредных веществ. Основная масса указанных газообразных выбросов образуется в результате сжигания органического топлива (нефтепродукты, каменный уголь, природный газ и др.) в теплоэнергетических установках, в двигателях автомобильного, железнодорожного, авиационного, водного транспорта, в ходе других промышленных технологических процессов. В качестве основного газообразного продукта при этом образуется диоксид углерода (углекислый газ, CO 2), но он не относится к загрязняющим веществам, а дополнительно в атмосферу выбрасываются продукты неполного сгорания углерода (CO, сажа, полиароматические соединения), окислы азота в результате реакции окисления при высоких температурах молекулярного азота воздуха, сернистый газ при окислении примесей серы в углеводородном сырье, золы при сжигании угля.
Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается ещё более 70 наименований вредных веществ, однако именно концентрация главных загрязнителей наиболее часто превышает допустимые уровни во многих городах России.
Схематично выбросы загрязняющих веществ в атмосферу можно представить в виде пирамиды, нижнюю часть и основной объём которой занимают перечисленные выше основные загрязняющие вещества с большой массой выбросов – они характеризуются относительно умеренной токсичностью и, соответственно, достаточно большими значениями допустимых концентраций в атмосферном воздухе (ПДКм.р.˸ CO - 3; NO 2 - 0,085; SO 2 – 0,5 мг/м 3). Следующий уровень со значительно меньшим объёмом составляют различные органические и неорганические химические соединения с гораздо большей токсичностью, такие как соединения тяжелых металлов, поллютанты химических производств и т.д. Верхнюю часть пирамиды образуют небольшие объёмы супертоксикантов или так называемых сильно действующих ядовитых веществ – это продукты и полупродукты производства многих ядохимикатов, соединения наиболее токсичных тяжелых металлов (например, ртуть и нек. др.), в эту же группу входят многие хлорорганические соединения, в т.ч. так называемые диоксины. Данные соединения чаще всего очень опасны не только и даже не столько по своей острой токсичности, сколько создаваемой угрозой отдаленных последствий (мутагенный и канцерогенный эффекты).
Экологическое состояние атмосферного воздуха России. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Экологическое состояние атмосферного воздуха России." 2015, 2017-2018.
Экологические аспекты безопасности
Экологическая безопасность – сумма условий, при которых достигается научно-обоснованное ограничение или исключение вредного воздействия хозяйственной деятельности на жизнедеятельность населения и качество окружающей среды.
Экологическая безопасность достигается системой мероприятий (прогнозирование, планирование, подготовка к осуществлению комплекса профилактических мер), обеспечивающих минимальный уровень неблагоприятных воздействий природы и технологических процессов ее освоения на жизнедеятельность и здоровье людей (человека) при сохранении темпов экономического развития.
Качество окружающей среды складывается из качества отдельных компонентов природы (атмосферного воздуха, климата, природных вод, почвенного покрова и т.д.), хозяйственно-бытовых элементов (производство, жилище, коммунальное благоустройство) и социально-экономических условий (уровень доходов, образование).
На современном этапе исторического развития принято выделять две формы взаимодействия общества и природы:
экономическая – потребление природных ресурсов;
экологическая – охрана окружающей природной среды с целью сохранения человека и его естественной среды обитания.
Человек, потребляя ресурсы окружающей среды для удовлетворения своих материальных и духовных потребностей, изменяет природную среду, которая начинает воздействовать на самого человека. Негативная антропогенная деятельность проявляется в трех основных направлениях:
· загрязнение окружающей среды – процесс привнесения в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее агентов, оказывающих на ее составляющие негативное воздействие.
Существует три вида загрязнений: физическое (солнечная радиация, электромагнитное излучение и т.д.), химическое (аэрозоли, тяжелые металлы и др.), биологическое (бактериологическое, микробиологическое). Каждый вид загрязнения имеет характерный и специфичный для него источник загрязнения. Источник загрязнения – природный или хозяйственный объект, являющийся началом поступления вещества-загрязнителя в окружающую среду. Различают природные и антропогенные источники загрязнения. Антропогенный поток поступления экотоксикантов в окружающую среду превалирует над естественным (50-80%) и лишь в некоторых случаях сопоставим с ним;
· истощение природных ресурсов ;
· разрушение окружающей природной среды .
Масштаб воздействия человека на природу стал в современных условиях планетарным, а по количественному эффекту деятельность человека превосходит многие естественные процессы, что приводит к тяжелым экологическим последствиям. Антропогенное влияние распространяется на все важнейшие составляющие биосферы: атмосферу, гидросферу, литосферу. Перейдем к их подробной характеристике.
I. Изменение состояния атмосферы.
Атмосфера – газовая оболочка планеты, достигающая высоты 1000 км . За пределами данного расстояния атмосфера становится разреженной и постепенно переходит в космическое пространство. Атмосфера обеспечивает функцию дыхания всех живых организмов; определяет общий тепловой режим поверхности планеты; защищает от вредного космического и ультрафиолетового излучения Солнца. Циркуляция атмосферы влияет на местные климатические условия, а через них на режим рек, косвенно на растительный покров и на процессы рельефообразования.
Специалисты, изучающие атмосферу, выделяют в ней несколько зон, располагающихся на различных высотах от Земли в зависимости от их температуры (Рис.).
Тропосфера самый близкий слой к поверхности Земли, его высота 9-16 км. В этом слое происходят явления, которые мы именуем погодой.
Стратосфера – слой, достигающий высоты 45-50 км. Именно здесь сконцентрирована основная часть атмосферного озона (20-25 км), имеющего чрезвычайно важное биологическое значение – защита живых организмов от коротковолнового ультрафиолетового излучения.
Мезосфера – слой, расположенные на высотах 50-80 км от земной поверхности. Этот слой характеризуется быстрым понижением температуры, так на верхней его границе температура может достигать – 100 о С.
Термосфера начинается на высоте более 80 км, ее верхняя граница достигает 600-800 км. Это область полетов искусственных спутников Земли и межконтинентальных баллистических ракет. Для нижней границы термосферы характерно непрерывное повышение температуры, достигающей +250 о С. Важнейшей физической особенностью этого слоя является повышенная ионизация, т.е. наличие огромного количества электрически зараженных частиц, что позволяет наблюдать полярные сияния.
Экзосфера – внешний слой атмосферы. Отсюда атмосферные газы рассеиваются в космическое пространство. От космического пространства экзосфера отличается наличием большого количества свободных электронов, образующих верхние радиационные пояса Земли.
Хотя процессы, происходящие в земной атмосфере, необычайно сложны, ее химический состав сравнительно однороден:
· азот (N 2)– 78,1%
· кислород (O 2) – 20,95%
· аргон (Ar) – 0,9%
· углекислый газ (CO 2) – 0,03%
· водород (H 2) , гелий (He), неон (Ne) и другие газы – 1,8*10 -4 %.
Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению. Однако, превышая пределы данной способности, деятельность человека изменяет сложившееся в природе равновесие. Большинство экологически негативных последствий деятельности людей проявляется в загрязнении природного вещества.
1. Загрязнение атмосферы – представляет собой изменение физико-химического состава воздуха, которое угрожает состоянию здоровья и жизни человека, а также естественной среде обитания.
В экологической литературе загрязняющие вещества получили название полютантов (экотоксикантов). Степень загрязнения атмосферного воздуха оценивается по двум основным группам экотоксикантов:
a) канцерогенные вещества – бенз(а)пирен, бензол, формальдегид (источником которых являются выхлопные газы автотранспорта), а также свинец, кадмий, никель, хром, мышьяк, сероуглерод, асбест, хлорсодержащие вещества (результат производственной деятельности). Канцерогенез – это способность металла проникать в клетку и реагировать с молекулой ДНК, приводя к хромосомным нарушениям клетки.
b) неканцерогенные вещества – оксиды азота, углерода, серы, озон, частицы пыли и сажи. К наиболее распространенным и повсеместно контролируемым полютантам, которых, по данным ЮНЕП, ежегодно выделяется до 25 млрд.т., относят:
·диоксид серы и частицы пыли – 200 млн т/год;
·оксиды азота (N x O y) – 60 млн т/год;
·оксиды углерода (CO и CO 2) – 8000 млн т/год;
· углеводороды (C x H y) – 80 млн т/год.
В последние десятилетия над промышленными центрами и крупными городами образуется скопление дыма и тумана называемое смог (от англ. smoke – дым и fog – туман). В его структуре можно выделить три яруса:
· нижний, залегающий между домами, образуется выделением выхлопных газов транспорта и поднятой пылью;
· средний, питаемый дымом отопительных систем, располагается над домами на высоте 20-30 метров;
· высокий, на расстоянии 50-100 метров от поверхности земли, состоит из выделений промышленных предприятий.
Смог затрудняет дыхание, способствует развитию стрессовых реакций. Особенно опасен для больных, пожилых людей и маленьких детей. (Лондонский смог 1951 г. Вызвал гибель от обострения легочных, сердечных заболеваний и прямого отравления за две недели 3,5 тыс. человек. Рурская область в 1962 г. За три дня погибли 156 человек).
Основными компонентами фотохимического смога являются оксиды азота (NO 2 , N 2 O) и углеводороды. Взаимодействие солнечных лучей с данными загрязнителями, сконцентрированными вблизи земной поверхности, приводит к образованию озона, пероксиацетил нитратов (ПАН) и других веществ, сходных по своим свойствам со слезоточивым газом. ПАН – химически активные органические вещества, которые раздражают слизистые оболочки, ткани дыхательных путей и легких человека; обесцвечивают зелень растений. Высокие концентрации озона снижают урожай зерновых, замедляют рост растений и вызывают гибель деревьев.
Скоплению примесей в достаточной концентрации для образования фотосмога способствует температурная инверсия – особое состояние атмосферы, при котором на определенной высоте температура воздуха выше, чем температура воздушных масс в приземном слое. Данный слой теплого воздуха препятствует вертикальному перемешиванию и делает невозможным рассеивание токсичных выбросов. При современном градостроительстве подобные условия создаются в городах с кварталами многоэтажных домов. Инверсионный слой теплого воздуха может находиться на разных высотах, и чем ниже он располагается над большинством источников загрязнения, тем ситуация сложнее.
Уровни фотохимического загрязнения воздуха тесно связаны с режимом движения автотранспорта. В период высокой интенсивности движения утром и вечером отмечается пик выбросов в атмосферу оксидов азота и углеводородов, реакция которых друг с другом и обусловливает фотохимическое загрязнение воздуха.
Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воздухе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсичных соединений, что приводит к парниковому эффекту, появлению озоновых дыр, кислотным дождям и другим экологическим проблемам.
2. Парниковый эффект – нагревание атмосферы в результате увеличения в ней количества оксида углерода (IV) и ряда других газов, препятствующих рассеиванию тепловой энергии Земли в космическое пространство. Углекислый газ атмосферы вместе с водяным паром и другими многоатомными минигазами (CO 2 , H 2 O, CH 4 , NO 2 , O 3) образует над поверхностью планеты слой, который позволяет солнечным лучам (оптический диапазон электромагнитных волн) достигать поверхности земли, но задерживает обратное тепловое (длинноволновое инфракрасное) излучение. Тепловая энергия накапливается в поверхностных слоях атмосферы тем интенсивнее, чем больше в них концентрация парниковых газов. Так, доля молекул водяного пара в формировании парникового эффекта составляет 62%; углекислого газа – 22%; метана – 2,5%; оксидов азота – 4%; озона – 7% и других газов 2,5%.
Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере обусловлено длительным периодом систематического роста сжигания ископаемых видов топлива. Добыча газа, нефти и угля, гниение органических остатков и рост численности крупного рогатого скота являются источником поступления в атмосферу метана. Масштабы применения в сельском хозяйстве азотных удобрений и углеродосодержащих топлив в ТЭС характеризуют количество выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Присутствие в атмосфере водяного пара обусловлено интенсивностью испарения воды с поверхности океанов вследствие потепления климата.
Усилению парникового эффекта также способствуют, используемые в качестве растворителей, охлаждающих средств в холодильных установках и различных бытовых баллончиках, хлорфторуглеводороды (фреоны). Их влияние на парниковый эффект в 1000 раз сильнее, чем влияние равного количества углекислого газа.
Следствием парникового эффекта является повышение температуры на поверхности Земли и потепление климата. В результате возникает опасность таяния полярных льдов, что может вызвать затопление низких прибрежных участков суши. Кроме того, увеличение температуры воздушной среды может привести к снижению продуктивности сельскохозяйственных земель – дезертификации (от англ. desert – пустыня). В этой связи население соответствующих регионов будет испытывать недостаток питания.
3. «Озоновые дыры» – области с уменьшенным содержанием на 40-50% озона в атмосфере .
Озон представляет собой соединение трех атомов кислорода (О 3), образующееся в верхних слоях стратосферы и нижних слоях мезосферы из кислорода под влиянием ультрафиолетовых (УФ) лучей солнечного света. Результатом данного взаимодействия является поглощение озоновым экраном около 99% УФ-излучения солнечного спектра, обладающего высокой энергией и губительного для всего живого. Количественной оценкой состояния озона в атмосфере является толщина озонового слоя, которая в зависимости от сезона, широты и долготы колеблется от 2,5 до 5 относительных миллиметров.
Многочисленные данные свидетельствуют о том, что озоновый слой начинает уменьшаться. Основной процесс деструкции озона обусловлен влиянием и увеличением выбросов оксидов азота, источником которых являются отработанные газы суперлайнеров с высоким потолком полета, различные ракетные системы, извержения вулканов и другие природные явления. Серьезную опасность для озонового слоя представляет поступление в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ). Наиболее сильное разрушение озона связано с производством фреонов (CH 3 CL, CCL 2 F 2 и CCL 3 F), получивших широкое распространение в качестве наполнителей аэрозольных упаковок, огнетушителей, хладагентов в холодильниках и кондиционерах, при производстве пенопласта. Фреоны, попавшие в атмосферу, характеризуются большой устойчивостью и сохраняются в ней 60-100 лет.
Являясь химически инертными, фреоны безвредны для человека. Однако в стратосфере под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы разлагаются с выделением хлора.
Молекула хлора действует как катализатор, оставаясь неизменной в десятках тысяч актов разрушения молекул озона. Один атом хлора способен уничтожить 100 000 молекул озона.
Уменьшение содержания озона в атмосфере на 1% приводит к увеличению на 1,5% интенсивности падающего на поверхность нашей планеты жесткого УФ-излучения. Даже небольшое уменьшение озонового слоя способно увеличить заболеваемость раком кожи, оказать неблагоприятное воздействие на растения и животных, вызвать непредсказуемые изменения климата земного шара.
Проблема влияния фреонов на стратосферный озон приобрела международное значение, особенно в связи с образованием «озоновых дыр». Принята международная программа сокращения производств, использующих фреоны. Разработан и налажен промышленный выпуск так называемых альтернативных хладонов с низкой величиной коэффициента относительной озоноактивности.
4. Кислотные дожди – осадки (дождь, снег, туман), химический состав которых характеризуется низким значением рН фактора . Для того, чтобы разобраться в данном вопросе вспомним, что молекулы воды обычно диссоциируют на ионы водорода (Н +) и гидроксил-ионы (ОН -). Раствор с одинаковыми концентрациями водородных и гидроксильных ионов называется нейтральным. Количественно величина кислотности раствора определяется как логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком. Эта величина называется рН -фактор. Значение рН=7 характеризует нейтральную воду – не кислую и не щелочную. Уменьшение величины рН на 1 означает увеличение кислотных свойств раствора в 10 раз. Чем меньше значение рН, тем более кислым оказывается раствор.
Кислотный дождь представляет собой результат присутствия в атмосфере оксидов серы и оксидов азота. Основными источниками поступления этих соединений в воздух являются процессы сжигания ископаемых видов топлива, содержащих серу; выплавка металлов; работа автотранспорта. Под действием УФ-излучения оксид серы (IV) превращается в оксид серы (VI), который вступая в реакцию с атмосферным водяным паром образует серную кислоту, очень гигроскопичную, способную образовывать токсичный туман. Наряду с оксидами серы, с порами воды смешиваются оксиды азота с образованием азотной кислоты. Эти две кислоты, а также соли этих кислот и обусловливают выпадение кислотных дождей. Чем выше содержание этих кислот в воздухе, тем чаще выпадают кислотные дожди.
Кислотные осадки присутствуют в радиусе 10-20 км вокруг индустриальных гигантов. К наиболее неблагоприятным районам России по кислотным осадкам относятся: Кольский полуостров, восточный склон Уральского хребта и район Таймыра. Кислотные аэрозольные частицы имеют небольшую скорость осаждения и могут переноситься в отдаленные районы на 100-1000 км от источников загрязнений.
Кислотные дожди ведут к разрушению зданий и сооружений, особенно выполненных из песчаников и известняка. Существенно повышается коррозионная агрессивность атмосферы, что вызывает коррозию металлических предметов и конструкций.
Особую опасность представляют не сами осадки, а вызываемые ими вторичные процессы. Под воздействием кислотных дождей изменяются биохимические свойства почвы, состояние пресных вод и лесов. В результате изменения рН почвы и воды повышается растворимость в них тяжелых металлов. Компоненты кислотных дождей после взаимодействия с тяжелыми металлами переводят их в легкоусваиваемую растениями форму.
Далее по пищевой цепи тяжелые металлы попадают в организмы рыб, животных и человека. До определенных пределов организмы защищены от прямого вредного воздействия кислотности, но коммуляция (накопление) тяжелых металлов представляет серьезную опасность. Кислотные дожди, снижая рН воды озер, ведут к гибели их обитателей. Попадая в организм человека, ионы тяжелых металлов легко связываются с белками, подавляя синтез макромолекул и в целом обмен веществ в клетках.
5. Уменьшение количества кислорода (О 2). Более трех миллиардов лет назад простые клетки, питающиеся химическими веществами, растворенными в воде, превратились в организмы, способные к фотосинтезу и начали продуцировать кислород Примерно два миллиарда лет назад содержание свободного кислорода в земной атмосфере начало возрастать. Из части атмосферного кислорода под влиянием солнечного света сформировался защитный озоновый слой, после чего начали развиваться наземные растения и животные. Содержание кислорода в атмосфере с течением времени претерпевало значительные изменения, поскольку менялись уровни его образования и использования. (Рис.)
В современных условиях главным продуцентов кислорода на земле являются (служат) зеленые водоросли поверхности океана (60%), тропические леса суши (30%) и наземные растения (10%). Возможное уменьшение количества кислорода на планете обусловлено несколькими причинами.
Во-первых , увеличением объема сжигаемого ископаемого топлива (промышленность, ТЭС, транспорт). По расчетам специалистов использование всех доступных человеку залежей угля, нефти и природного газа уменьшит содержание кислорода в воздухе не более чем на 0,15%.
Недостаток кислорода в воздушной среде городов способствует распространению среди населения легочных и сердечно-сосудистых заболеваний.
6. Акустическое загрязнение – увеличение в воздушной среде уровня шумов, оказывающих раздражающее действие на живой организм.
На современном этапе развития НТП данное увеличение обусловлено внедрением новых технологических процессов, ростом мощностей оборудования, механизацией производственных процессов, появлением мощных средств наземного, воздушного и водного транспорта, что привело к практически постоянному воздействию на человека высоких (60-90 Дб) уровней шума. Это способствует появлению и развитию неврологических, сердечно-сосудистых, слуховых и других патологий.
В общем шумовом фоне города удельный вес транспорта составляет 60-80%. Внутриквартальные источники шума: спортивные игры, игры на детских площадках, разгрузочно-погрузочные работы у магазинов составляют 10-20%. Шумовой режим в квартирах складывается из шума проникающего извне и образующегося в результате эксплуатации инженерного и санитарно-технического оборудования: лифты, насосы, подкачка воды, мусоропроводы, вентиляция, запорные краны.
7. Снижение прозрачности атмосферы обусловлено увеличением содержания в ней взвешенных примесей (пыль). Пыль – это сложная смесь частиц. Твердые или жидкие частицы, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии, называются аэрозолями. Они воспринимаются в виде дыма (аэрозоль с твердыми частицами), тумана (аэрозоль с жидкими частицами), мглы или дымки.
Причины основных естественных выбросов пыли в атмосферу – это пыльные бури, эрозия почв, вулканическая деятельность, морские брызги. Источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, обогатительные фабрики, металлургические и цементные заводы, промышленные отвалы, взрывные работы, строительство. Высокие концентрации аэрозолей на протяжении многих лет регистрируются в атмосферном воздухе 50 городов России. Средняя концентрация взвесей наиболее загрязненных городов достигает 250-300 мкг/ м 3 , что в два раза выше среднесуточной предельно допустимой концентрации (ПДК), равной 150 мкг/м 3 . В 2000 году на территории г. Тамбова наблюдалось превышение максимальной разовой приземной концентрации по пыли в два раза, т.е. она составила 2 ПДК.
Промышленная пыль индустриальных городов имеет в своем составе оксиды металлов, многие из которых токсичны: оксиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, теллура. Их влияние на живой организм зависит от величины пылевых частиц, их характера и химического состава (рис.).
Взвешенные частицы не только затрудняют дыхание, вызывают аллергии и отравления, но и приводят к климатическим изменениям, поскольку отражают солнечное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли. Пыль ускоряет разрушение металлоконструкций, зданий и сооружений. Снижение прозрачности атмосферы способствует созданию помех авиации и судоходству, что нередко является причиной крупных транспортных аварий.
Похожая информация.
Координаты: электронная почта [email protected] , [email protected]
Icq 170552870, телефон 89168119086. www.wiseowl.ru
ВВЕДЕНИЕ 2
1. Общая характеристика атмосферы и ее загрязнений 3
2. Особенности изменения климата 5
3. Диоксид углерода и парниковый эффект 7
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 12
ВВЕДЕНИЕ
«Состояние атмосферы. Причины загрязнения атмосферы. Диоксид углерода и парниковый эффект, изменения климата» - одна из важных и актуальных тем на сегодняшний день в экологии.
Тема работы актуальна потому, что на рубеже XXI в. человечество оказалось перед парадоксальным фактом: с одной стороны – научно-технический прогресс в сочетании с экологической неграмотностью послужили причиной деградации окружающей среды; с другой стороны – только человек должен стать гарантом охраны природы. Сейчас, когда человек, по определению В. И. Вернадского, превратился в «огромную геологическую силу», мы должны охранять окружающую среду от человека и для человека, что является только частью проблем, решаемых экологией.
Целью работы является рассмотрение состояние атмосферы, причины загрязнения атмосферы, а также особенности диоксида углерода и парниковый эффект и их влияние на атмосферу.
Основные задачи:
Изучить литературу по проблеме исследования.
На основе теоретического анализа изучения проблемы систематизировать знания о состоянии атмосферы и причинах ее загрязнения.
Рассмотреть сущность и специфику изменения климата, особенности диоксида углерода и парникового эффекта.
Систематизировать и обобщить существующие в специальной литературе, научные подходы к данной проблеме.
Для раскрытия темы определена следующая структура: работа состоит из введения, основной части и заключения. Названия основной части отображают ее содержание.
1. Общая характеристика атмосферы и ее загрязнений
Одной из основных экологических проблем является загрязнение атмосферного воздуха. Воздух – один из основных природных ресурсов. Атмосфера является определяющим условием жизни на планете. Известно, что человек может прожить без пищи – 5 мес., без воды – 5 сут., а без воздуха – меньше 5 мин. Качество атмосферы определяет жизнь и здоровье людей, существование растительного и животного мира. Больше всего подвержен загрязнениям воздушный бассейн.
В слое толщиной 5,5 км сосредоточена. массы всей атмосферы, а в слое 40 км – 99 % всей массы атмосферы.
Нижняя часть атмосферы (приблизительно 15 км) – тропосфера. В ней наблюдается интенсивное турбулентное перемешивание, дуют ветры и, таким образом, температура резко уменьшается с высотой (на 1 км приблизительно 6 °С). На высоте приблизительно 55 км она минимальна – 3 °С и далее идет интенсивный рост температуры.
Состав воздуха в основном: N2 – 79 %, О2 – 20 … 21 %, и незначительное количество СО2, инертных газов, водорода. Ср. м. м. – 29 г/моль.
Одной из важнейших экологических проблем в большинстве стран является загрязнение воздуха. Город с населением 1 млн. человек выбрасывает ежегодно в атмосферу 10 млн. т водяного пара, 2 млн. т газов (SO2, CO2, NO2 и т.д.). Примерно 20 тыс. т пыли и 150 т тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd и т.д.) 1 .
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в 90-е годы в 27-ми из 54-х обследованных стран концентрация SO2 превысила стандартные нормы (40 – 60 мкг/дм3). Список городов с повышенным загрязнением воздуха открывает Милан, далее Тегеран, Сеул, Рио-де-Жанейро, Париж, Пекин, Мадрид.
Основным показателем, характеризующим состояние атмосферы, является концентрация вредных веществ и ее соотношение с ПДК или нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ).
ПДВ определяются на основе ПДК с учетом рассеивания выбросов и наложения их на фоновое загрязнение.
Также учитывается суммарное воздействие нескольких источников загрязнения. Для продуктов сгорания (CO2, SO2 и пр.) расчет ПДВ производят по формуле 2:
где ПДК – предельно допустимая концентрация; С ф – фоновая концентрация выбрасываемого вещества, равная нулю; Н – высота трубы, м; V – объем выбросов, м3/с; ΔТ – превышение температуры выбросов над температурой воздуха; N – число источников загрязнения; А – безразмерный коэффициент, определяющий условия рассеивания примесей в атмосфере, для РФ равен 120 F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания примесей (для газов F = 5); m , n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газов из источников выбросов: m ≅ 0,4; n = 1 … 3.
Очень часто выбросы предприятия больше ПДВ и оно их не может сократить ни при каких условиях (Байкальский целюлозно-бумажный комбинат, который работает до сих пор – диоксиновый источник).
Для таких предприятий установлены нормативы временно согласованных выбросов (ВСВ), рассчитываемых на долгосрочную программу снижения выбросов.
Закисление дождей, а затем почв и природных вод вначале протекало как скрытый, незаметный процесс. Чистые, но уже подкисленные озера сохраняли свою обманчивую красоту. Лес выглядел таким же, как и раньше, но уже начались необратимые изменения.
При кислотных дождях чаще всего страдают пихта, ель, сосна, потому что смена хвои происходит реже, чем смена листьев и она накапливает больше вредных веществ за один и тот же период времени. У хвойных деревьев желтеет и опадает хвоя, изреживаются кроны, повреждаются тонкие корни. У лиственных пород изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Не происходит естественное возобновление хвойных и лиственных лесов. Эти симптомы часто сопровождаются вторичными поражениями от насекомых и болезней деревьев. Поражение деревьев все в большей степени захватывает и молодые леса.
Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных проявляется, прежде всего, в поражении верхних дыхательных путей. Под влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах воздействия растительность погибает.
Так называемые «кислые» дожди вызывают повышение кислотности почв, что снижает эффективность применяемых минеральных удобрений на пахотных землях, приводит к выпадению наиболее ценной части видового состава на долголетних культурных сенокосах и пастбищах. Особенно подвержены влиянию кислых осадков дерново-подзолистые и торфяные почвы, широко распространенные в северной части Европы.
Для снижения материального ущерба металлы, чувствительные к автомобильным выбросам, заменяют на алюминий; на сооружения наносят специальные газоустойчивые растворы и краски. Многие ученые видят в развитии автотранспорта и во всебольшем загрязнении воздуха крупных городов автомобильными газами главную причину увеличения заболевания легких.
Озоновый слой расположен в верхних слоях атмосферы (стратосфере) и содержит большое количество озона (O3). Он начинается на высотах около 8 км над полюсами и 17 км над экватором. Его назначение – поглощать коротковолновое ультрафиолетовое излучение. В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40 %. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней части стратосферы.
Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ, которые распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомарный хлор. Таким образом ХФУ переносит хлор с поверхности Земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается.
2. Особенности изменения климата
Изменения климата обусловлены переменами в земной атмосфере, процессами, происходящими в других частях Земли, таких как океаны, ледники, а также эффектами, сопутствующими деятельности человека. Внешние процессы, формирующие климат, - это изменения солнечной радиации и орбиты Земли 3 .
изменение размеров и взаимного расположения материков и океанов,
изменение светимости солнца,
изменения параметров орбиты Земли,
изменение прозрачности атмосферы и ее состава в результате изменений вулканической
активности Земли,
изменение концентрации СО2 в атмосфере при взаимодействии с биосферой,
изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо),
изменение количества тепла, имеющегося в глубинах океана.
Рассмотрим основные климатические изменения на Земле.
Погода - это ежедневное состояние атмосферы. Погода является хаотичной нелинеарной динамической системой. Климат - это усредненное состояние погоды и он, напротив, стабилен и предсказуем. Климат включает в себя такие показатели как средняя температура, количество осадков, количество солнечных дней и другие переменные, которые могут быть измерены в каком-либо определенном месте. Однако на Земле происходят и такие процессы, которые могут оказывать влияние на климат.
Ледники признаны одними из самых чувствительных показателей изменения климата. Они существенно увеличиваются в размерах во время охлаждения климата (т. н. «малые ледниковые периоды») и уменьшаются во время потепления климата. Ледники растут и тают из-за природных изменений и под влиянием внешних воздействий. В прошлом веке ледники не были способны регенерировать достаточно льда в течение зим, чтобы восстановить потери льда во время летних месяцев. Самые значительные климатические процессы за последние несколько миллионов лет - это гляциальные и интергляциальные циклы текущего ледникового периода, обусловленные изменениями орбиты Земли. Изменение состояния континентальных льдов и колебания уровня моря в пределах 130 метров являются в большинстве регионов ключевыми следствиями изменения климата.
В масштабе десятилетий климатические изменения могут быть результатом взаимодействия атмосферы и мирового океана. Многие флуктуации климата, включая наиболее известную южную осцилляцию Эль-Ниньо, а также североатлантическую и арктическую осцилляции, происходят отчасти благодаря возможности мирового океана аккумулировать тепловую энергию и перемещению этой энергии в различные части океана. В более длительном масштабе в океанах происходит термогалинная циркуляция, которая играет ключевую роль в перераспределении тепла и может значительно влиять на климат.
В более общем аспекте изменчивость климатической системы является формой гистерезиса, т. е. это значит, что настоящее состояние климата является не только следствием влияния определенных факторов, но также и всей историей его состояния. Например, за десять лет засухи озера частично высыхают, растения погибают, и площадь пустынь увеличивается. Эти условия вызывают, в свою очередь, менее обильные дожди в последующие за засухой годы. Т. о. изменение климата является саморегулирующимся процессом, поскольку окружающая среда реагирует определенным образом на внешние воздействия, и, изменяясь, сама способна воздействовать на климат.
Согласно отчету ООН «Длинная тень скотоводства» от 2006 года скот является причиной 18% выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании, т. е. вырубку леса под пастбища. В тропических лесах Амазонки 70% вырубки лесов производится под пастбища, что послужило основной причиной, почему Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сельскохозяйственном отчёте за 2006 год включила землепользование в сферу влияния скотоводства. В дополнение к выбросам СО2, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение.
3. Диоксид углерода и парниковый эффект
Систематические наблюдения за содержанием диоксида углерода в атмосфере показывают его рост. Известно, что СО2 в атмосфере, подобно стеклу в оранжерее, пропускает лучистую энергию Солнца к поверхности Земли, оно задерживает инфракрасное (тепловое) излучение Земли и тем самым создает так называемый тепличный (парниковый) эффект.
Вулканы являются также частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО2, изъятого из атмосферы и связанного осадочными породами и другими геологическими поглотителями СО2. Однако этот вклад не сравнится по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая, по оценкам Геологической службы США, в 130 раз превышает количество СО2, эмитированного вулканами 4 .
Антропогенные факторы включают в себя деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат. В некоторых случаях причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при влиянии орошения на температуру и влажность, в других случаях эта связь менее очевидна. Различные гипотезы влияния человека на климат обсуждались на протяжении многих лет. В конце 19-го века в западной части США и Австралии была, например, популярна теория «дождь идёт за плугом» (англ. rain follows the plow).
Главной проблемами сегодня являются растущая из-за сжигания топлива концентрация СО2 в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат.
Начав расти во время промышленной революции в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива привело к тому, что концентрация СО2 в атмосфере возросла с ~280 чнм до 380 чнм. При таком росте спроецированная на конец 21-го века концентрация будет составлять более 560 чнм. Известно, что сейчас уровень СО2 в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1.4-5.6°С в промежутке между 1990 и 2100 годами.
Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является причиной относительного «плато» на графике температур в середине XX века.
Производство цемента является интенсивным источником выбросов СО2. Диоксид углерода образуется, когда карбонат кальция(CaCO3) нагревают, чтобы получить ингредиент цемента оксид кальция (СаО или негашёная известь). Производство цемента является причиной приблизительно 2.5 % выбросов СО2 индустриальных процессов (энергетический и промышленный сектора).
Глобальные изменения климата тесно связаны с загрязнением атмосферы промышленными отходами и выхлопными газами. Влияние человеческой цивилизации на климат Земли – реальность, последствия которой ощущаются уже сейчас. Ученые считают, что сильная жара в 1988 г. и засуха в США – в какой-то мере следствия, так называемого эффекта – глобального потепления атмосферы земли в результате повышения содержания в ней углекислого газа из-за вырубки лесов, поглощающих его, и сжигание такого топлива, как уголь и бензин, при котором происходит выброс этого газа в атмосферу. Углекислый газ и другие загрязнители действуют подобно пленке или стеклу в парниках: они пропускают солнечное тепло к Земле и удерживают его здесь. В целом температура на земле в первые 5 мес. 1988 г. была выше, чем в любой аналогичный период за те 130 лет, как ведутся измерения. Можно утверждать, что причиной изменения температуры стало давно ожидавшееся глобальное потепление, связанное с загрязнением окружающей среды. Тенденция к потеплению является не естественным явлением, а следствием парникового эффекта.
На 80-е гг., указали ученые, пришлись четыре самых теплых года последнего столетия, и 1988 г. побил все предыдущие рекорды. Компьютерные прогнозы обещают дальнейшие потепления в 90-е гг. и в новом тысячелетии.
Как известно, главным по значению «парниковым» газом является водяной пар. За ним следуют углекислый газ, обеспечивающий в 80-х гг. 49 % дополнительного по сравнению с началом прошлого века увеличения парникового эффекта, метан (18 %), фреоны (14 %), закись азота N2O (6 %). На остальные газы приходится 13 %.
Изменение климата ученые связывают с изменениями содержания в атмосфере «парниковых» газов. Известно.550, как менялся химический состав атмосферы 160 тыс. лет. Эти сведения получены на основе анализа состава пузырьков воздуха в ледниковых кернах, извлеченных с глубины до 2 км на станции «Восток» в Антарктиде и в Гренландии. Найдено, что в теплые периоды концентрации СО 2 и СН 4 были примерно в 1,5 раза выше, чем в холодные ледниковые. Эти результаты подтверждают высказанное в 1861 г. Дж. Тиндалем предположение о том, что историю изменения климата Земли можно объяснить изменениями концентрации СО 2 в атмосфере.
Парниковый эффект нарушит климат планеты, изменив такие критически важные переменные величины, как осадки, ветер, слой облаков, океанические течения и размеры полярных ледниковых шапок. Хотя последствия для отдельных стран далеко не ясны, ученые уверены в общих тенденциях. Внутренние районы континентов станут суше, а побережья влажнее. Холодные сезоны станут короче, а теплые длиннее. Усиление испарения приведет к тому, что почва станет суше на обширных площадях 5 .
Одна из наиболее широко обсуждаемых и вызывающих страх последствий парникового эффекта – это прогнозируемое повышение уровня моря в результате повышения температуры. Большинство ученых считают, что этот подъем будет относительно постепенным, создавая проблемы в основном в странах с большой численностью населения, живущего на уровне или ниже уровня моря, в таких, как Нидерланды и Бангладеш. Что касается географических районов, то парниковый эффект может оказать наибольшее влияние в высоких широтах северного полушария. Снег и лед отражают солнечный свет в космическое пространство, не позволяя температуре повышаться. Но в связи с потеплением на всем земном шаре плавающий арктический лед начнет таять, в результате чего для отражения останется меньше снега и льда.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итог работы можно сделать следующие выводы:
Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. В состав атмосферы в основном входят: N2 (78 %); O2 (21 %); CO2 (0,03 %). Основным показателем, характеризующим состояние атмосферы, является концентрация вредных веществ и ее соотношение с ПДК или нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ). ПДВ определяются на основе ПДК с учетом рассеивания выбросов и наложения их на фоновое загрязнение.
Изменение климата - колебания климата Земли в целом или отдельных её регионов с течением времени. Его изучением занимается наука палеоклиматология. Причиной изменения климата являются динамические процессы на Земле, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, с недавних пор, деятельность человека. В последнее время термин «изменение климата» используется как правило (особенно в контексте экологической политики) для обозначения изменения в современном климате.
Изменения климата обусловлены переменами в земной атмосфере, процессами, происходящими в других частях Земли, таких как океаны, ледники, а также эффектами, сопутствующими деятельности человека.
Систематические наблюдения за содержанием диоксида углерода в атмосфере показывают его рост. Известно, что СО2 в атмосфере, подобно стеклу в оранжерее, пропускает лучистую энергию Солнца к поверхности Земли, оно задерживает инфракрасное (тепловое) излучение Земли и тем самым создает так называемый тепличный (парниковый) эффект. Одна из наиболее широко обсуждаемых и вызывающих страх последствий парникового эффекта – это прогнозируемое повышение уровня моря в результате повышения температуры.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Валова (Копылова) В. Д. Экология: учебник. - М.: Издательский дом Дашков и К. 2007
Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология: учебник для вузов. - М. 2005 г. - 576 c.
Состояния приземной атмосферы недопустимо и опасно. Антропогенные процессы загрязнения воздушного бассейна в большинстве... . Это обусловлено многими причинами , и, прежде всего, неблагополучным состоянием воздушного бассейна мегаполисов, ...
Необратимо возрастает тенденция пагубного воздействия на обстановку глобального экоклимата.
В атмосфере возрастает содержание CO2(оксид углерода), интенсивно протекает процесс разрушения озонового экрана Земли, наблюдается выпадение кислотных дождей, нанося урон всему живому существу, теряются ценные виды живых существ, снижается плодородие земель, отравляется вода, происходит обезлесение земной поверхности.
Атмосферный воздух просто необходим для всех живых существ на земле. Например, без еды человек может прожить 30 дней, без воды - 3 дня, а без воздуха - не более 3 минут. Сейчас никого не удивляет использование прошедшую через фильтры воду. Недалек тот день, когда в продаже может появиться и чистый воздух. Особо остро обстоит дело с вопросами охраны атмосферного воздуха в России. На территориях, где сосредоточено 38% городского населения никак не проводятся наблюдения за загрязнением атмосферы, а на территориях с 55% населения наблюдается очень высокий показатель выброса вредных веществ. В России очень слабо развита процедура мониторинга за нормативом выброса в атмосферный воздух загрязняющих веществ. Обоснованием данного явления является следующие причины:
1) ослабление экологического контроля;
2) отстранение от разрешения конкретных экологических задач органов местного самоуправления;
3) изъяны, существующие в экологическом законодательстве;
4) апатичное отношение к проблеме охраны атмосферного воздуха.
Говоря о мониторинге состояния атмосферного воздуха, следует упомянуть о его возложении на Росгидромет. По его показателям определяется качество состояние атмосферного воздуха, но, к сожалению, никак не источник загрязнения. Получается, по предоставляемым сведениям Росгидромета предъявление претензий за превышение норматива загрязнения атмосферного воздуха невозможно. Значение для человечества и окружающей среде атмосферного воздуха трудно переоценить. Эта среда, без которой невозможно было бы представить распространение звука, без которой отсутствовала бы человеческая речь. Атмосфера препятствует попаданию на землю метеоритов, распределяет солнечный свет, защищает землю от перегрева. Однако атмосфера загрязняется выбросом газообразных отходов производства.
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в России являются:
1) тепловые электростанции;
2) предприятия черной и цветной металлургии;
3) предприятия нефтехимии;
4) предприятия строительных материалов;
5) автотранспорт.
Следует отметить, что на энергетику в нашей стране приходится большая доля выбросов пыли, громадный процент оксида серы и оксида азота.
Если приоткрыть страницы истории, то мы видим, что в 1952 году, в Лондоне из-за повышенного уровня загрязнений в воздухе умерло 4 тысячи человек.
От выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух страдают и растения и животные. Ни для кого не секрет о важности такого зеленого пигмента в растениях, как хлорофилл. Но хлорофилл разрушается под влиянием сернистого газа и серной кислоты и потому наблюдается ухудшение процесса фотосинтеза. Особо ощутима пагубность влияния сернистого газа и серной кислоты на урожайность сельскохозяйственных культур.
Загрязнение атмосферного воздуха приводит к следующим проблемам:
2) парниковый эффект;
3) озоновые «дыры»;
4) приземной озон;
5) рост заболеваемости;
6) снижение плодородия земель;
7) кислотные дожди.
Смог, или как его еще называют фотохимический туман, возникает из-за превышения выброса токсичных веществ автомобильными транспортами, от лесных пожаров, сжигания угля и т.д. Смог очень пагубно влияет на организм человека.
При смоге наблюдается снижение видимости, воспаление глаз, возникновение удушья, появление бронхиальной астмы.
История России очень хорошо помнит последствия фотохимического тумана 1972 и 2010 годов. В 2010 году в Москве наблюдалось превышение ПДК в несколько раз. Угарный газ был превышен в 7 раз, по взвешенным веществам в 16 раз, по диоксиду азота - более чем в 2 раза. Это явление остро сказалось на числе смертности в Москве, которое увеличилось в это время в два раза. Смог также сопровождался массовой гибелью животных в парках Москвы и в подмосковных лесах. Причиной смога стало осушение болот и добыча из них торфа, что и вызвали торфяные пожары.
Парниковый эффект сопровождается глобальными изменениями климата. Возникает он путем выброса в атмосферу углекислого газа, который создается сжиганием угля, газа, нефти и бензина, обезлесением поверхности земли, которые их задерживают. Как уже отмечалось, парниковый эффект несет в себе неблагоприятные последствия как для человека, так и окружающей среде. Вызываемое гибелью посевов сокращение производства продуктов питания из-за засух или затоплений, неизбежно приведет к недоеданию и голоду. Остро сказывается повышение температуры на обострение заболеваний сердца, сосудов и органов дыхания.
Следует отметить и расширение зоны обитания животных, которые являются переносчиками опасных инфекционных заболеваний. К примеру, можно привести клещи, которые вызывают такое опасное заболевание, как клещевой энцефалит.
Данная проблема требует принятие незамедлительных мер.
Кислотные дожди наносят колоссальный ущерб природе. Они содержат в себе серную и азотную кислоту, источниками возникновения которых служат природные процессы или антропогенная деятельность.
Нельзя не упомянуть версию ученых из Массачусетского технологического университета о причине известного исторического явления как массовое пермское вымирание. По гипотезе ученых, 252 млн лет назад причиной вымирания почти всего живого на Земле являлись кислотные дожди. Массовое пермское вымирание считается одной из крупнейших катастроф биосферы в истории Земли. Оно привело к исчезновению более 90 процентов всех морских видов и 70 процентов наземных видов позвоночных. Кроме того, вымерло более 80 видов всего класса насекомых. Катаклизм также сильно ударил по миру микроорганизмов. Но в кругах ученых нет однозначности в данной версии. По версии американских ученых, вымирание могло произойти из-за кислотных дождей, которые были вызваны сильными выбросами в атмосферу различных веществ, в том числе серы.
Губительны и такие явления как эрозия, деградация и загрязнение земель.
Очень неприятен тот факт, что почвы сельскохозяйственных угодий России ежегодно теряют полтора миллиарда тонн плодородного слоя вследствие эрозии. В показателях снижения урожая вследствие эрозии переваливает почти 50%. Большую роль в борьбе с эрозией играют агротехнические мероприятия, строительство гидротехнических сооружений и т.д. Деградация земель происходит вследствие нарушения растительного покрова из-за освоений месторождений полезных ископаемых, проведения геологоразведочных работ и т.д. Большую опасность представляет собой загрязнение земель свалками бытовых, промышленных отходов. Токсичными веществами бывают загрязнены земли в зонах промышленных предприятий. На долю с чрезвычайно опасным загрязнением земель в России приходится 730 тыс. га.
Следует упомянуть и об опасном влиянии приземного озона на здоровье человека и на окружающую среду. Озон тяжелее кислорода и возникает вследствие химических реакций между окислами азота (NOx)и летучими органическими соединениями (ЛОС) в присутствии солнечного излучения. Основными источниками этих соединений являются выбросы промышленных предприятий, тепловых электростанций, выхлопные газы автомобильного транспорта и бензиновые пары. Очень опасен озон в зонах с повышенной температурой. Речь идет не об озоне, находящемся в стратосфере, а об озоне в тропосфере. Влияние озонового слоя в стратосфере менее опасен, чем приземной озон.
По подсчетам ученых расширение площади озоновой дыры на один процент вызывает повышение заболеваемости раком кожи на 3-6%. Приземной озон опасен заболеваниями легких, удушьем, ухудшением состояния больных бронхитом и астмой. Постоянное нахождение в зоне озона, вызывает появление рубцов в легких. Очень пагубно влияет озон и на растительность. Наблюдения и ряд опытов в Америке показали, что ее жители живут в зонах, где доля содержание озона превышает допустимые нормы. В России прослеживается такая же ситуация, но, к сожалению, такие исследования проводятся очень редко. Очень мало внимания уделяется в России вопросу о приземном озоне. Не только в бывшем СССР, но в нынешней России не было случая проведения конференций, специально посвященных приземному озону. Из тезисов доклада С.Н. Котельникова следует, что общий ущерб здоровью населения России от загрязнения атмосферного воздуха составляет более 37 миллиарда евро в год. Во многих регионах он сопоставим с приростом валового регионального продукта.
