5. Биогеоценоз и экосистема – определения, сходства и различия.
Биогеоценоз – система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии (природная экосистема). Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примерами биогеоценоза могу служить сосновый лес, горная долина и т.п.
Экосистема – биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Примерами экосистемы могут служить как пруд, болото, так и аквариум с рыбами, оранжерея и т.д.
Таким образом экосистема – более широкое понятие. Каждый биогеоценоз является экосистемой, но не каждая экосистема может быть биогеоценозом. Биогеоценоз – это экосистема, границы которой определены растительным сообществом – фитоценозом (дубравы, степи, хвойные леса и т.д.), биогеоценоз – это частный случай экосистемы.
Совокупность всех биогеоценозов планеты образует глобальную экосистему, которая называется биосферой.
В любом биогеоценозе можно выделить четыре структурных звена:
факторы неживой природы или абиотические факторы. Экосистема и биоценоз находится в постоянном обмене веществом и энергией с неживой природой;
первичные продуценты. Это главным образом зеленые растения, в результате жизнедеятельности которых образуются органические вещества, служащие источником энергии для остального населения биогеоценоза. К первичным продуцентам также относятся фотосинтезирующие и хемосинтезирующие бактерии;
консументы, или потребители – организмы, которые живут за счет питательных веществ, созданных продуцентами;
редуценты, или разлагатели – это комплекс организмов, разлагающих мертвое органическое вещество до минеральных соединений. К ним относятся бактерии, грибы, простейшие и многие многоклеточные животные, например, дождевые черви.
В биоценозе постоянно происходит перенос веществ и энергии, заключенной в пище, в результате поедания одних организмов или продуктов их жизнедеятельности другими организмами. Таким образом, в результате соединения отдельных звеньев образуется цепь питания, например: фитопланктон – зоопланктон – мелкие рыбы – хищные рыбы – человек (или другое млекопитающее, птицы).
Для любой экосистемы характерны два основные показателя – продукция и биомасса. Биомасса – это суммарная масса особей сообщества организмов, произведенная за единицу времени и соотнесенная к единице площади или объема местообитания данного биоценоза.
Продукция – это суммарная биомасса, образованная в экосистеме за определенное время. Различают первичную продукцию, произведенную автотрофными организмами (продуцентами), и вторичную продукцию, которую образуют гетеротрофные организмы.
На уровне биогеоценоза осуществляется взаимное влияние сообщества живых организмов и абиотической среды, что поддерживает существование экосистемы в целом живым и неживым компонентами биогеоценоза происходит непрерывный обмен органическими и неорганическими веществами: это процессы фотосинтеза, гниения, всасывания воды и минеральных веществ корнями растений и т.д. Таким образом, живые существа и среда их обитания связаны между собой потоками вещества и энергии, что и обеспечивает целостность биогеоценозов.
В созданной человеком экосистеме перенос веществ и энергии может быть нарушен. Так, например, посевное поле: человек привносит дополнительную энергию и микроэлементы в виде удобрения, полива и т.д., осуществляет борьбу с грызунами и вредителями и изымает всю образовавшуюся продукцию.
52. Изобразите схематично круговорот углерода в природе.
Циркуляция углерода в биосфере представляет собою сложную цепь событий. Наиболее важными звеньями ее являются усвоение углекислого газа из воздуха зелеными растениями в процессе фотосинтеза и возвращение углекислого газа в атмосферу при дыхании, а также при разложении тел животных, питающихся растениями. Схема круговорота углерода в природе представлена на рисунке:
Элементарный углерод находится в постоянном движении. Газообразный диоксид углерода (СО2) сперва превращается в простые сахара путем фотосинтеза в зеленых растениях. Они расщепляются (при дыхании) и поставляют организму энергию, причем СО2 снова возвращается в атмосферу Животные, питающиеся растениями, при метаболизме также преобразуют сахара и выделяют СО2. Геологические процессы оказывают влияние на баланс углерода в масштабах земного шара: углерод исключается из кругооборота, когда накапливается в таких ископаемых, как уголь, нефть и газ. И наоборот, большие количества диоксида углерода выделяются в атмосферу при сжигании этих горючих материалов.
61. Оцените роль малоотходных и безотходных технологий в решение проблемы защиты окружающей среды от загрязнений.
Принципиально новый подход к развитию всего промышленного и сельскохозяйственного производства – создание малоотходной и безотходной технологии. Понятие безотходной технологии, в соответствии с Декларацией Европейской экономической комиссии ООН (1979) означает практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и защитить окружающую среду.
В 1984 г. эта же комиссия ООН приняла более конкретное определение данного понятия: «Безотходная технология – это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее; рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы – производство – потребитель – вторичные ресурсы – таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования».
Под безотходной технологией понимают также такой способ производства, который обеспечивает максимально полное использование перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов. Более точным, чем «безотходная технология», следует считать термин «малоотходная технология», так как в принципе «безотходная технология» невозможна, ибо любая человеческая технология не может не производить отходы, хотя бы в виде энергии. Достижение полной безотходности нереально, поскольку противоречит второму началу термодинамики, поэтому термин «безотходная технология» условен (метафоричен). Технологию, позволяющую получить минимум твердых, жидких и газообразных отходов, называют малоотходной и на современном этапе развития научно-технического прогресса она является наиболее реальной.
Огромное значение для снижения уровня загрязнения окружающей среды, экономии сырья и энергии имеет повторное использование материальных ресурсов, т.е. рециркуляция. Так, производство алюминия из металлолома требует всего 5% энергозатрат от выплавки из бокситов, причем переплав 1 т вторичного сырья экономит 4 т бокситов и 700 кг кокса, снижая одновременно на 35 кг выбросы фтористых соединений в атмосферу.
В комплекс мероприятий по сокращению до минимума количества вредных отходов и уменьшения их воздействия на окружающую природную среду, по рекомендации различных авторов, входят:
– разработка различных типов бессточных технологических систем и водооборотных циклов на основе очистки сточных вод;
– разработка систем переработки отходов производства во вторичные материальные ресурсы;
– создание и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования;
– создание принципиально новых производственных процессов, позволяющих исключить или сократить технологические стадии, на которых происходит образование отходов.
Начальным этапом этих комплексных мероприятий, нацеленных на создание в перспективе безотходных технологий, является внедрение оборотных, вплоть до полностью замкнутых, систем водопользования.
Оборотное водоснабжение – это техническая система, при которой предусмотрено многократное использование в производстве отработанных вод (после их очистки и обработки) при очень ограниченном их сбросе (до 3%) в водоемы.
Замкнутый цикл водопользования – это система промышленного водоснабжения и водоотведения, в которой многократное использование воды в одном и том же производственном процессе, осуществляется без сброса сточных и других вод в природные водоемы.
Одним из важнейших направлений в области создания безотходных и малоотходных производств является переход на новую экологическую технологию с заменой водоемких процессов безводными или маловодными.
Прогрессивность новых технологических схем водоснабжения определяется тем, насколько в них уменьшилось, по сравнению с ранее действующими, водопотребление и количество сточных вод и их загрязненность. Наличие большого количества сточных вод на промышленном объекте считается объективным показателем несовершенства используемых технологических схем.
Разработка безотходных и безводных технологических процессов – наиболее рациональный способ защиты окружающей природной среды от загрязнения, позволяющий значительно уменьшить антропогенную нагрузку. Однако исследования в этом направлении еще только начинаются, поэтому в различных областях промышленности и сельского хозяйства уровень экологизации производства далеко не одинаков.
В настоящее время в нашей стране достигнуты определенные успехи в разработке и внедрении элементов экологически безопасной технологии в ряде отраслей черной и цветной металлургии, теплоэнергетики, машиностроения, химической промышленности. Однако полный перевод промышленного и сельскохозяйственного производства на безотходную и безводную технологии и создание полностью экологизированных производств сопряжены с весьма сложными проблемами различного характера – организационными, научно-техническими, финансовыми и другими, и поэтому современное производство еще долгое время будет потреблять для своих нужд огромное количество воды, иметь отходы и вредные выбросы.
94. Оцените качество воды в водоёме культурно-бытового бытового назначения, если известно, что проба воды содержит ДДТ концентрацией 0,066 мг/л и фреон-12 концентрацией 3,41 г/м3
Качество воды рек, озер, водохранилищ нормируется “Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнений” 1988 г.
Ими устанавливаются две категории водоемов (или их участков): 1-я – водоемы хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения; 2-я – водоемы рыбохозяйственного назначения.
Водные объекты хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения считаются загрязненными, если показатели состава и свойств воды в пунктах водопользования изменились вод прямым или косвенным влиянием хозяйственной деятельности, бытового использования и стали частично или полностью непригодными для водопользования населения. Состав и свойства воды водоема или водотока в пунктах питьевого и культурно-бытового водопользования ни по одному из показателей не должны превышать нормативы
ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» установлены ПДК для более 1300 вредных веществ для водоемов культурно-бытового назначения, в т.ч. ПДК ДДТ (O,O-Диметил-О-(2,2-дихлорэтенил)фосфат) установлено в пределах 0,1 мг/л, а фреон-12 (Дифторхлорметан) – 10 мг/л. Таким образом, вода в данном водоёме соответствует санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам.
100. Основные загрязнители атмосферного воздуха.
Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, негативно влияющих на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.
По агрегатному состоянию выбросы веществ в атмосферу классифицируются на: газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, пыль, сажа, смолистые вещества и прочие).
Главные загрязнители воздуха (поллютанты) образуются в процессе производственной и иной деятельности человека; это диоксид серы (SO2), оксид углерода (СО) и твердые частицы; на их долю приходится около 98% от общего объема выбросов вредных веществ в атмосферу. Помимо них, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ.
Другой формой загрязнения атмосферы является локальное избыточное поступление тепла от антропогенных источников. Признаком этого являются так называемые термические зоны, например, “остров тепла” в городах, потепление водоемов и т.п.
В настоящее время в основном загрязняют атмосферный воздух на территории России такие предприятия, как тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др., по производству черной и цветной металлургии, стройматериалов, по нефтедобыче и нефтехимии, автотранспорт.
В развитых промышленных странах Запада, например, основное количество выбросов вредных веществ приходится на автотранспорт (50 – 60%), тогда как на долю теплоэнергетики значительно меньше, всего 16 – 20%.
Тепловые электростанции. Котельные установки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выбрасывается дым, содержащий продукты полного (диоксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. При переводе установок на жидкое топливо (мазут) снижаются выбросы золы, но практически не уменьшаются выбросы оксидов серы и азота. Наиболее чистым является газовое топливо, которое загрязняет атмосферный воздух в три раза меньше, чем мазут и в пять раз меньше, чем уголь.
Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы – отопительная система жилищ (котельные установки) – выделяет продукты неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентрациях рассеиваются вблизи котельных установок.
Черная и цветная металлургия. При выплавке одной тонны стали в атмосферу попадает 0,04 тонн твердых частиц, 0,03 тонн оксидов серы и до 0,05 тонн оксида углерода. Заводы цветной металлургии сбрасывают в атмосферу соединения марганца, свинца, фосфора, мышьяка, пары ртути, парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ.
Химическое производство. Выбросы предприятий данной отрасли невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее ввиду своей весьма высокой токсичности, разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для всей биоты. Атмосферный воздух загрязняется оксидами серы, соединениями фтора, аммиаком, нитрозными газами (смесь оксидов азота), хлористыми соединениями, сероводородом, неорганической пылью и т. д.
Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сотен миллионов автомобилей, которые, сжигая огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняют атмосферный воздух (особенно крупных городов). Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (в большей степени карбюраторных) содержат такие токсичные соединения, как бенз(а)пирен, альдегиды, оксиды азота и углерода и соединения свинца (в случае применения этилированного бензина). Правильная регулировка топливной системы автомобилей позволяет снизить количество вредных веществ в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы (каталитические дожигатели) – уменьшить токсичность выхлопных газов в 6 и более раз.
Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха происходит также при добыче и переработке сырья на нефте- и газоперерабатывающих заводах, при выбросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжигании мусора и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы по производству мяса, распыление пестицидов и т.д.
147. Экологический риск. Какие регионы относят к зонам повышенного экологического риска?
Экологический риск – вероятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для природной среды и вызванного негативным воздействием хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайными ситуациями природного и техногенного характера.
В последние годы в России получает распространение концепция экологического риска, используемая взамен концепции допустимых норм воздействий на окружающую среду. Экологический риск является также вероятной мерой опасности причинения вреда природной среде в виде возможных потерь за определенное время. Различают три главные составляющие экологического риска:
оценка состояния здоровья человека и возможного числа жертв;
оценка состояния биоты (в первую очередь фотосинтезирующих организмов) по биологическим интегральным показателям;
оценка воздействия загрязняющих веществ на человека и окружающую природную среду.
При антропогенном воздействии учитываются следующие правила допустимого экологического риска:
неизбежность и минимальность потерь в природной среде;
реальная возможность восстановления потерь в природной среде;
отсутствие вреда здоровью человека и необратимость изменений в природной среде;
соразмерность экологического вреда и экономического эффекта.
Помимо оценки необходимо организовывать и управление риском, которое предполагает принятие целого комплекса решений, направленных на снижение величины риска до приемлемого уровня. На основе анализа природных опасностей и уязвимости среды, выполненного совместно с проектировщиками, экономистами и социологами, оценивается риск и составляются карты риска. Эти карты, где указаны территории различной степени риска, помогают эффективно решать вопросы управления риском и планирования социально-экономического развития области, района, города. Не допускается превышение пределов допустимого экологического риска на отдельных производствах.
Фактор экологического риска существует на любых производствах независимо от мест их расположения. Однако существуют регионы, где в сравнении с более экологически благополучными районами во много раз превышена вероятность проявления негативных изменений в экосистемах, а также вероятность истощения природно-ресурсного потенциала и, как следствие, повышенной величины риска потери здоровья и жизни для человека. Эти регионы называются зонами повышенного экологического риска и подразделяются на зоны хронического загрязнения окружающей среды, повышенной экологической опасности, чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия.
К зонам чрезвычайной экологической ситуации и повышенного экологического риска относятся территории, на которых в результате воздействия негативных антропогенных факторов происходят устойчивые отрицательные изменения окружающей природной среды, угрожающие здоровью населения, состоянию естественных экосистем, генофондам растений и животных.
В России к таким зонам относятся районы Северного Прикаспия, Байкала, Кольского полуострова, рекреационные зоны Черного и Азовского морей, промзона Урала, нефтепромысловые районы западной Сибири и др.
Так, например, в районах Северного Прикаспия к старым проблемам: деградация пастбищ, низкое плодородие почв, дефицит пресной воды, интенсивная ветровая эрозия – добавились новые проблемы. В первую очередь это подтопление, прогрессирующее засоление и заболачивание земель, вызванное нагонными явлениями на расширившейся акватории Каспийского моря. Затопление и подтопление земель уже вызвало потерю 320 тыс. га сельскохозяйственных угодий.
Зоной экологического бедствия называется территория, на которой произошли необратимые изменения окружающей среды, повлекшие за собой существенное ухудшение здоровья населения, разрушение естественных экосистем, деградацию флоры и фауны.
Зоной экологического бедствия указами Президента России или постановлениями Правительства РФ на основе государственной экологической экспертизы объявляется часть территории Российской Федерации, на которой произошли необратимые изменения окружающей среды, повлекшие за собой существенное ухудшение здоровья населения, разрушение естественных экосистем, деградацию флоры и фауны. Прежде всего, это зона аварии Чернобыльской АЭС, а также Кузбасс, степные районы Калмыкии.
В ближнем зарубежье наиболее опасной экологической зоной являются Арал и Приаралье.
Всего на территории Российской Федерации к началу 1997 г. зарегистрировано более 400 регионов общей площадью около 2 млн. км2 (12% территории России) с признаками, характерными для зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия. На их территории проживает около 5 млн. человек.
159. Какова роль России в международном экологическом сотрудничестве.
Наша страна играет значительную роль в решении глобальных и региональных экологических проблем. Будучи правоприемником СССР, Российская Федерация взяла на себя договорные обязательства бывшего СССР по предотвращению экологической катастрофы, сохранению биосферы и обеспечению развития человечества.
Основные направления международного сотрудничества России в области охраны окружающей среды следующие: 1) государственные инициативы; 2) международные организации; 3) международные конвенции и соглашения; 4) двустороннее сотрудничество.
Государственные инициативы по международному сотрудничеству в области охраны окружающей среды имеют давнюю историю. Только в последние годы нашей страной был выдвинут целый ряд конструктивных предложений по международному сотрудничеству в целях экологической безопасности, например, по природоохранному взаимодействию в азиатско-тихоокеанском регионе (г. Красноярск, сентябрь 1988 г.), по защите морской среды Балтики (г. Мурманск, октябрь 1987 г.), по координации усилий в области экологии под эгидой ООН (43 сессия Генеральной Ассамблеи ООН, декабрь 1988 г.).
Российская Федерация продолжает играть активную роль в международном экологическом сотрудничестве. В частности, важные предложения участникам конференции в Рио-де-Жанейро (1992) содержались в послании Президента России. Решения Конференции были одобрены в России и нашли отражение в Концепции перехода Российской Федерации на модель устойчивого развития. Россия уделяет большое внимание и организации международного партнерства по решению проблем такого перехода.
Международные организации по охране природы действуют почти во всех странах мира. Органы руководства сосредоточены прежде всего в ООН. Ключевую функцию по организации природоохранной деятельности в системе ООН осуществляет упомянутая выше ЮНЕП – Программа ООН по окружающей среде. Россия активно сотрудничает в области охраны окружающей среды с ЮНЕП и с другими организациями по вопросам выработки стратегии защиты от загрязнения, создания системы глобального мониторинга, борьбы с опустыниванием и др.
Большую активность в решении глобальных природоохранных проблем проявляет Международный союз охраны природы (МСОП), переименованный в 1990 г. во Всемирный союз охраны природы. СССР вступил в союз на правах члена-государства в 1991 г., а сейчас это членство продолжает Российская Федерация. В настоящее время МСОП стал одним из лидеров в разработке проблем биоразнообразия. По инициативе МСОП выпущена Международная Красная книга редких и исчезающих видов растений и животных (в пяти томах).
Много внимания Россия уделяет работе и в других специализированных организациях ООН, имеющих комплексный природоохранительный характер, в частности: ЮНЕСКО (Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры), ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения), ФАО (орган ООН по продовольствию и сельскому хозяйству). Укрепляются научные связи России с МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии). Россия активно содействует реализации основных программ Всемирной метеорологической организации ООН (ВМО), в частности Всемирной климатической программы. По каналам ВМО в Россию поступает информация о состоянии Мирового океана, атмосферы, озонового слоя Земли и загрязнении окружающей среды.
Россия продолжает развивать и углублять экологическое сотрудничество по линии международных конвенций (договоров) и соглашений на многосторонней основе. Свыше 50 международных документов, подписанных Российской Федерацией, а также бывшим СССР и принятых ею к исполнению, регулируют ныне российское экологическое сотрудничество с другими государствами.
Продолжается сотрудничество в рамках Конвенции ООН по морскому праву (1982 г.) и по другим соглашениям и договорам об охране Мирового океана. Большая работа ведется по выполнению Конвенций: о сохранении живых ресурсов в Балтийском море (1973 г.); о международной торговле видами дикой фауны и флоры (1973 г.); о защите Черного моря, ратифицированной в 1993 г.; о сохранении водно-болотных угодий (1971 г.) и многих других. В июле 1992 г. Россия стала членом Конвенции о биологическом разнообразии.
Говоря о международных договорах, заключенных Россией на многосторонней основе, нельзя не сказать о международном сотрудничестве со странами СНГ – бывшими союзными республиками СССР. Основным документом здесь является межправительственное Соглашение о взаимодействии в области экологии и охраны окружающей природной среды, подписанное в Москве в феврале 1992 г. представителями десяти стран.
На основе межправительственных соглашений развивается двустороннее сотрудничество со всеми пограничными странами, включая государства СНГ, а также с США, Великобританией, Францией, Китаем и другими государствами.
Наиболее плодотворно в настоящее время развивается российско-американское сотрудничество (проблема озера Байкал, мероприятия по регулированию качества воды, организация заповедников и др.), российско-германские связи (экологические проблемы в регионах, район озера Байкал, обмен радиологической информацией и др.), а также сотрудничество со Скандинавскими странами (экологически безопасные технологии, строительство водоочистных сооружений, охраняемые территории на Карельском перешейке). В последние годы, в условиях недостаточного финансового обеспечения решению природоохранных проблем способствовала реализация нескольких экологических проектов при финансовой поддержке Всемирного банка, Европейского банка реконструкции и развития, Глобального экологического фонда и других организаций.
Несмотря на достигнутые успехи, для выхода из экологического кризиса необходимо дальнейшее развитие и активизация международного сотрудничества как на двусторонней, так и на многосторонней основе, включая организации системы ООН.
Россия, на долю которой приходится значительная часть экосистем, практически не затронутых хозяйственной деятельностью (более 1/3 территории России, или 700–800 млн га, в том числе опорный стабилизирующий блок биосферы, – Сибирь), непременно будет играть все более возрастающую роль в решении экологических проблем всего мирового сообщества.
160. Задача «Расчет платы за сброс загрязняющих веществ в водные объекты»