Учение о биосфере. Ноосфера. Атмосфера (лекция 2)

1. Лекция 2. Часть 1

Учение о биосфере. Ноосфера.
Атмосфера.

2.

Учение о биосфере
Биосфера – это своеобразная оболочка Земли,
содержащая всю совокупность живых организмов
и ту часть вещества планеты, которая находится в
непрерывном обмене с этими организмами.
Биосфера – живые организмы и продукты их
жизнедеятельности.

3.

4.

5.

Круговорот веществ в природе
Большой круговорот (геологический) веществ в природе
обусловлен взаимодействием солнечной энергии с
глубинной энергией Земли и перераспределяет вещества
между биосферой и более глубокими горизонтами
Круговорот биогенных элементов (биогеохимический
круговорот, малый). Наиболее важные: вода, кислород,
углерод, азот и фосфор.
Основной принцип функционирования экосиcтем:
Получение ресурсов и переработка отходов происходит в
процессе круговорота всех элементов.

6.

7.

8.

9.

Биогеохимические циклы наиболее
жизненно важных биогенных веществ

10.

11.

12.

13.

14.

15.

Атмосфера
Атмосфера - газовая оболочка земли, общая масса атмосферы -5,15* 1015
тонн. Она состоит из 5 слоев:
1) Тропосфера - приземная нижняя часть атмосферы, зона где обитает
большинство живых организмов, в том числе и человек. В этой сфере
сосредоточено более 80% массы всей атмосферы, высота 11 – 15 км. В
тропосфере находится большая часть космической и антропогенной пыли,
водяного пара, азота, кислорода и инертных газов.
2) Стратосфера, высота до 50 – 55 км.
3) Мезосфера, до 85 км.
4) Ионосфера (термосфера) располагается до высоты 800 км, для нее
характерно значительное повышение температуры (более 10000С).
5) Экзосфера, 800 – 2000 км.
Состав атмосферы:
- азот - 78 %,
- кислород - 21 %,
- углекислый газ -0,033 %,
- все остальные вещества (гелий, аргон, криптон, водород) - 1 %.

16. Основные функции атмосферы 1) Поддержание теплового режима на планете. 2) Защита всего живого от губительного воздействия

космических
лучей. В ионосфере (термосфере) отражается и поглощается
наиболее жесткое ультрафиолетовое излучение. В стратосфере на
высоте 20–25 км, где содержится озоновый слой, поглощается
основная часть энергии ультрафиолетовых лучей (озон – активный
газ и может оказывать неблагоприятное воздействие на организм
человека; обычно его концентрация в нижней атмосфере
незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека,
большие количества озона образуются в крупных городах с
интенсивным движением автотранспорта).
3) Атмосфера - гигантская емкость газообразных биогенных веществ
(СО2, О2, N2, SО2, через нее осуществляется круговорот большинства
биогенных элементов).
4) Это среда обитания большого числа животных и птиц.
5) С появлением человеческой цивилизации атмосфера стала
использоваться как приемник и нейтрализатор газообразных
отходов производства.

17. Виды загрязнения атмосферы Загрязнение атмосферы - это привнесение в атмосферу или образование в ней физико-химических

соединений, агентов или веществ, обусловленное
как природными, так и антропогенными факторами.
1. По характеру влияния на атмосферу все загрязнения можно разделить
на:
химические, механические, акустические, тепловые, электромагнитные,
радиоактивные и световые.
2. По происхождению загрязнения подразделяются на естественные и
антропогенные. Естественными источниками загрязнений воздуха служат,
прежде всего вулканические выбросы, лесные и степные пожары, пыльные
бури, морские штормы и тайфуны. Эти факторы не оказывают
отрицательного воздействия на природные экосистемы, за исключением
широкомасштабных катастрофических природных явлений.

18. Источники загрязнений Выделяют стационарные и мобильные; к основным источникам относятся промышленные предприятия, транспорт,

теплоэнергетика, сельское
хозяйство. Среди отраслей промышленности особо
токсичные выбросы в атмосферу дают предприятия
химической, нефтеперерабатывающей, черной и
цветной металлургии, производство строительных
материалов.
Распределение загрязнений:
- над промышленным комплексом – 86%,
- над сельской местностью – 12 – 13%,
- над океаном – 0,1%.

19. Воздействия атмосферных загрязнений на биосферу 1). Превышение ПДК – приводит к накоплению загрязняющих веществ, которые могут

оказывать
непосредственное действие на людей, животных и
растения, а также нарушать функционирование
экологических систем.
2). Смоги - сильное загрязнение воздуха в больших
городах и промышленных центрах, обусловленное
застаиванием больших масс воздуха. Высокие
концентрации оксидов азота локализуются вблизи
источников выбросов и приводят к появлению
смога.

20. Виды смогов а) Обычный смог - это аэрозоль, смесь дыма, тумана и пыли, образуется в промышленных центрах и городах с

неблагоприятными метеоусловиями,
которые способствуют застаиванию воздушных масс. Обычно теплый воздух
поднимается от земли в вышележащие холодные области, унося с собой
значительную часть загрязняющих воздух продуктов человеческой
деятельности. Изредка слой теплого воздуха образуется над холодным слоем
вблизи от земли, возникает температурная инверсия, следствием которой
является нарушение циркуляции воздуха.
б) Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при
определенной физико-географической обстановке: наличии в атмосфере
высокой концентрации оксидов азота, углеводородов, озона в условиях
интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена
воздушных масс в приземном слое. Основными поставщиками исходных
химических веществ для образования фотохимического смога являются
выхлопные газы автомобилей.
в) Ледяной смог возникает при очень низких температурах и антициклоне. В
этом случае выбросы даже небольшого количества загрязняющих веществ
приводит к возникновению густого тумана, состоящего из мельчайших
кристалликов льда и например серной кислоты.

21. 3). Кислотные осадки – любые осадки (дожди, туманы, снег), кислотность которых выше нормы. В отсутствии любых загрязнителей у

дождевой воды слабокислая реакция (рН =
5,6), поскольку в ней легко растворяется углекислый газ из
воздуха с образованием слабой угольной кислоты. Таким
образом, кислотными точнее назвать осадки с рН=5,5 и
ниже. Кислотные дожди выпадают в большинстве стран
мира на значительных площадях промышленных зон и
вокруг крупных городов. Они как правило в 10 – 1000 раз
кислее нормальных, а туман и роса могут иметь еще
большую кислотность. Образуются кислотные дожди при
промышленных выбросах в атмосферу оксидов азота и
серы, которые, соединяясь с атмосферной влагой дают
серную и азотную кислоты. Основными источниками
оксидов являются электростанции, транспорт,
промышленные предприятия.

22. 4). Парниковый эффект - постепенное потепление климата за счет повышения содержания в атмосфере газов (углекислого, метана,

хлорфторуглеродов, оксидов азота). При этом световая энергия
переходит в тепловую, а именно эти газы поглощают инфракрасное
излучение.
Методы борьбы с парниковым эффектом:
- увеличение кпд использования горючего на транспорте и другие
типы экономии энергии, так как производство ее почти полностью
основано на сжигании ископаемого топлива;
- разработка и внедрение солнечных и других бестопливных
источников энергии;
- прекращение сведения лесов (особенно тропических);
- организация и поддержка кампаний по посадке деревьев.

23. 5). Нарушение озонового слоя. Ультрафиолетовое излучение похоже на световое, но длина его волн несколько короче, оно невидимо,

но обладает
большей энергией, чем видимое. Проникая через атмосферу и поглощаясь
тканями живых организмов, они разрушают молекулы белков и ДНК. Мы
защищены от воздействия ультрафиолетового излучения, так как большая
часть его поглощается «слоем» озона в стратосфере на высоте около 25 км.
Считается, что одним из основных факторов нарушения озонового слоя
является сброс в атмосферу хлорфторуглеродов (фреоны). Эти соединения
очень летучи и нерастворимы в воде, следовательно, они не вымываются
из атмосферы, а продолжают распространяться в ней, достигая
стратосферы. (Проблема озоновой дыры - 70-е годы, 1985 - озоновая дыра
над Южным полюсом). Разрушению озонового слоя способствую полеты
сверхзвуковых летательных аппаратов, самолеты и космические аппараты.

24. Нормирование предельного загрязнения атмосферного воздуха ПДК - предельно допустимая концентрация примесей в атмосфере -

максимальная
концентрация примесей в атмосфере, отнесенная
к определенному времени осреднения, которая
при периодическом воздействии или на
протяжении всей жизни человека не оказывает
на него вредных воздействий, включая
отдельные последствия, и на окружающую среду
в целом.

25. Для каждого вещества установлены два норматива: разовая и среднесуточная ПДК. 1. Разовая ПДКмс - устанавливается для

предупреждения рефлекторных реакций у человека
при кратковременном воздействии атмосферных
загрязнений (до 20-30 минут), определяется в
процессе наблюдений над людьми.
2. Для установления среднесуточной ПДКсрс проводят
токсикологический эксперимент, в котором
моделируются условия контакта человека с изучаемым
веществом. Опыты проводятся на белых крысах,
морских свинках, в специальных камерах животные
подвергаются круглосуточному ингаляционному
воздействию конкретного химического вещества в
течение 3 – 4 месяцев.

26. Примеси в атмосфере Примеси в атмосфере - рассеянные в атмосфере вещества, не содержащиеся в ее постоянном составе. При

совместном присутствии в атмосферном воздухе
нескольких веществ, обладающих суммацией
действия, сумма их концентраций не должна
превышать единицы при расчете:

27. Для определения области рассеивания концентрации вредного вещества применяют понятие - предельно допустимый выброс, который

можно установить, как максимальное значение
приземной концентрации вредного вещества при
выбросе газо-воздушной смеси из одиночного
точечного источника с круглым устьем достигается
при неблагоприятных метереологических условиях
на расстоянии от источника и вычислить по
формуле:

28. где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (неблагоприятные метерологические условия, при которых

концентрация вредного вещества в атмосфере воздуха
максимальная);
М - масса вредного выброса, г/с;
F - безразмерный коэффициент, зависящий от скорости оседания
вредных частиц в атмосферу, 1 – 3, (для газов 1);
m, n - коэффициенты, учитывающие условия выхода
газовоздушной смеси из устья источника выброса;
η- коэффициент рельефа местности;
Н - высота источника выброса;
V1 - объемный расход газовоздушной смеси, м3;
ΔT- разность между температурой выбрасываемой
газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного
воздуха.

29. Меры по снижению вредного воздействия выбросов автотранспорта 1. Градостроительные мероприятия: создание объездных дорог;

создание благоприятного режима для автотранспорта; по
максимуму использование рельефа местности; максимум зеленых
насаждений; специальные приемы застройки;
2. Электрический транспорт;
3. Регулирование на уровне законодательства норм выбросов
вредных веществ в атмосферу;
4. Наиболее реальным решением проблемы на сегодня - снижение
затрат горючего, при замене бензина на сжиженный газ;)
используются специальные добавки - катализаторы к жидкому
топливу, что увеличивает полноту сгорания;
5. Нейтрализаторы выхлопных газов (лучше платиновые);
6. Альтернативные виды топлива;
7. Совершенствование двигателя внутреннего сгорания;
8. Мониторинг атмосферного воздуха в местах скопления
автотранстпорта.

30. Меры по снижению вредного воздействия выбросов от стационарных источников 1. Безотходное производство, разработка новых

технологий.
Безотходная технология - такой метод производства продукции
(процесс, предприятие, территориально-производственный
комплекс), при котором все сырье и энергия используется наиболее
рационально и комплексно в цикле: сырьевые ресурсы –
производство – потребление – вторичные ресурсы, и любые
воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального
функционирования
2. Очистка газопылевых выбросов.
Очистка газа - отделение от газа или превращение в безвредное
состояние загрязняющего вещества, выбрасываемого
промышленным источником. Очистка воздуха от примесей
представляет собой процесс получения этой примеси в чистом или
хотя бы в концентрированном виде. При обезвреживании токсичных
выбросов вредные для человека и природной среды примеси
отделяют от относительно безвредного основного газового потока.

31.     3. Существует также метод обезвреживания выбросов путем перевода токсичных примесей, содержащихся в газовом потоке, в менее

3. Существует также метод обезвреживания выбросов путем
перевода токсичных примесей, содержащихся в газовом
потоке, в менее вредные или даже в практически безвредные.
Выбор способа пылеулавливания (разделения аэрозолей) и
типа пылеулавливающего аппарата определяется размером
взвешенных в газах частиц пыли, ее свойствами, температурой
и влажностью газов, подаваемых на очистку, а также
стабильностью технологического режима работы аппаратуры.
а) Для крупнодисперсной пыли (> 100 мкм) применяют
пылеосадочные камеры.
Поступает использованный воздух, выходит очищенный, пыль
улавливается жидкостью, подаваемой на орошение.

32. б) Для очистки от среднедисперсной пыли (10 – 100 мкм) используют циклоны. Отделение частиц основано на использовании силы

инерции частиц, которую они
приобретают при движении в центробежном поле.
Недостатком является вторичный унос газом частиц пыли из
нижней части циклопа, для предотвращения этого
применяются мокрые циклоны, в которых частицы пыли,
попавшие на стенку циклона, удерживаются на ней пленкой
жидкости.
в)Для очистки мелкодисперсной пыли применяют фильтры
(тканевой).
г) Для очистки выбросов от газов используют физикохимические методы: адсорбция (поглощение твердой
поверхностью), абсорбция (поглощение жидкостью),
ионообменные соединения.

33. 4. Выброс через высокие трубы, высота подъема газов зависит от турбулентности, возрастающей с увеличением скорости протекания

газа, уменьшающейся с ростом
температуры и горизонтального движения ветра. Форма
струи газа зависит от вертикального температурного
градиента вблизи трубы. Высота трубы зависит от класса
опасности предприятия, может быть от 50 до 500 м.
5. Создание санитарно-защитных зон. Предприятия, их
отдельные здания и сооружения с технологическими
процессами, являются источниками выделения в
атмосферный воздух вредных неприятно пахнущих веществ,
отделяют от жилой застройки санитарно-защитными зонами
(красная линия застройки).