Влияние человеческой деятельности на природную среду

1. ЭКОЛОГИЯ

Лекций 32 (18)
Лабораторные работы 18 (16)
Контрольные работы 4 (3,1)
Домашние работы 4 (3,1)
Лектор доцент, к.т.н. Юрьев Борис Петрович

2.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Экология / В.Н.Большаков, И.Н. Липунов, В.И.Лобанов и др. Учебник для
вузов. Под ред. Г.В.Тягунова, Ю.Г. Ярошенко. – М.: Интермет Инжиниринг, 2000. 330 с.
2. Экология / В.Н.Большаков и др. Учебник для вузов. Под ред. Г.В. Тягунова, Ю.Г. Ярошенко. – М.: Университетская книга, Логос, 2006. 504 с.
3. Никаноров А.М., Хоружая Т.А. Глобальная экология: Учебное пособие. – М.: Издво «ПРИОР», 2000. 285 с.
4. Потапов А.А. Экология: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2000.
446 с.
5. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России:
Учебное и справочное пособие.– М.: Финансы и статистика, 1999. 672 с.
6. Лотош В.Е. Экология природопользования. Екатеринбург: Изд-во Урал.
гос. экон. ун-та, 2000. 540 с.
7. Лотош В.Е. Технологии основных производств в природопользовании.
Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. экон. ун-та, 1999. 551 с.
8. Лотош В.Е. Переработка отходов природопользования. Екатеринбург: Издво Ур ГУПС, 2002. 463 с.
2

3. Влияние человеческой деятельности на природную среду

1. Изменился ландшафт земной поверхности за счет вырубки лесов, распашки степей,
мелиорации, создания
искусственных озер, морей, больших городов и мегаполисов,
строительства дорог и каналов и пр.;
2. Изменился качественно состав природной среды, круговорот и баланс ее составляющих в
результате изъятия полезных ископаемых, привнесения не только известных, но и новых,
ранее неизвестных природе компонентов, загрязняющих продукты питания, среду обитания и
организмы, ее населяющие;
3. Изменился тепловой баланс Земли за счет накопления в атмосфере пыли и газов,
создающих «парниковый эффект»;
4. Изменился состав животного и растительного миров за счет снижения биоразнообразия на
видовом, популяционном и экосистемном уровнях в результате как прямого истребления
животных и растений, так и отрицательного воздействия на них измененной антропогенной
среды, а также благодаря созданию новых пород животных и сортов растений и их
перемещения на новые места обитания;
3

4.

5. Изменились параметры протекания природных процессов, их скорости, направленность,
степени завершенности, что обусловлено преобразованиями ландшафтов, нарушениями
режимов водотоков, атмосферных процессов и др.;
6. Изменились связи в природных системах между их структурами и компонентами их
составляющими, включая и видовое разнообразие флоры и фауны, что находится в прямой
зависимости от загрязнения среды, изъятия ресурсов органического и неорганического мира и
т.д.
4

5. Влияние хозяйственной деятельности человека на деградацию и разрушение окружающей среды за один день

1. 60 млн. т парниковых газов (СО2), как продукт деятельности промышленности и транспорта,
поступает в атмосферу.
2. Истребляется и уничтожается 55 тыс. га тропических лесов.
3. Вследствие загрязнения мирового океана погибает 220 тыс. т рыбы.
4. Превращается в пустыню 220 тыс.га земель.
5. Вымирают и исчезают от 10 до 20 видов животного и растительного мира.
5

6. Причины появления локальных, региональных, глобальных изменений в окружающей природной среде

1. Доведением до предела, а в некоторых случаях исчерпанием способности природы к
самоочищению и саморегуляции, а также к значительному сокращению запасов полезных
ископаемых в силу ограниченности и невосполнимости этих ресурсов (Ассимиляционный
потенциал).
2. Несовершенством подавляющего большинства
используемых, так называемых
«экологически грязных» технологий в промышленности и сфере услуг, обусловленных уровнем
научно-технического прогресса и другими факторами, из-за чего 90-95% используемых
природных ресурсов поступает в отходы и лишь 5-10% полезно используется
для
удовлетворения потребностей населения.
3. Недостатками в организационно – правовой и экономической деятельности государств и
просчетами в экологическом воспитании и образовании жителей планеты (потребительское
отношение к природе).
6

7. Понятие об экологии

Термин «экология » образован от двух греческих слов «oikos» – дом, жилище и “ logos ”–
наука. Т.о., дословно экология– наука о доме. Дом здесь понимается в широком смысле
слова как среда обитания.
Термин «экология» был предложен в 1866 году немецким биологом, естествоиспытателем
Эрнестом Геккелем. Как самостоятельная наука
экология сформировалась к началу
двадцатого столетия.
Экология – это биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и
средой их обитания. В последние годы это слово приобрело важный социальный и
политический смысл, оно стало употребляться для обозначения всех форм взаимосвязи
человека и окружающей среды. Экологию стали трактовать как науку об охране и
рациональном использовании природы.
7

8. Структура экологии

Экологию разделяют на экологию общую и прикладную. К общей экологии следует отнести разделы, изучающие антроопосное воздействие
на живое (биоэкология) и биокосное (геоэкология) вещество и их ответные реакции на это воздействие.
В биоэкологии можно выделить аутэкологию и синэкологию. Аутэкология (аут– вне) изучает взаимодействие со средой отдельной особи,
иногда группы особей, относящихся к одному виду. Нельзя понять биологические особенности того или иного вида, прогнозировать его
поведение и численность, если не рассматривать его взаимоотношения со всеми остальными компонентами системы. Такое комплексное
изучение сообщности организмов и является предметом синэкологии.
Привести пример с березой.
Экология классифицируется по конкретным средам и объектам исследования ( экология
человека, животных, растений, микроорганизмов, водоемов, воздушной среды, космического пространства и т.д.).
8

9. Инженерная экология

Научная дисциплина, изучающая взаимодействие общества с природной средой в процессе
общественного производства.
Объектами исследования в инженерной экологии являются природно– промышленные
системы, возникшие в результате деятельности горного, металлургического, химического и
др. видов производств. Основными задачами инженерной экологии являются организация
производственных процессов с минимальным ущербом для окружающей среды и
здоровья людей, а также прогнозирование и оценка возможных последствий
антропогенного воздействия на природу.
9

10. Два подхода в изучении явлений в экологии

1.Экосистемный подход.
2.Популяционный подход.
Экосистема – это есть совокупность различных, обитающих вместе организмов, а также физических и химических компонентов
среды, необходимых для их существования или являющихся продуктами их жизнедеятельности. В экосистему наряду с неживыми
компонентами входят растения, животные, микроорганизмы. Выбор границ экосистемы условен, потому, что между экосистемами
существует обмен веществом, энергией и информацией (экология моря, леса, луга и т.д.).
Популяционный подход концентрирует основное внимание на популяциях, т.е. совокупностях организмов одного вида, совместно
проживающих на какой-то территории. Остальные компоненты экосистемы относят в этом случае к разряду окружающей среды.
10

11. Свойства экосистем

Экосистемы относятся к разряду сложных систем. Как и всякой сложной системе им
присущи следующие черты.
1. Сложность– большое количество элементов, связей между ними, сложная разветвленная
иерархическая структура.
2. Целостность–. поведение системы в целом определяется взаимодействием между ее
отдельными элементами.
3. Управляемость– способность за конечное время переходить из одного состояния в другое и
возможность целенаправленно воздействовать на этот процесс.
4. Наблюдаемость– возможность по наблюдаемому в настоящий момент времени состоянию
определить предыдущее состояние.
5. Буферность– переход из одного состояния в другое не является взрывом.
11

12.

6. Способность хранить и перерабатывать информацию.
7. Функционирование системы определяется характером циркуляции вещества и энергии, и
энергомассообменом со средой.
Сложность системы определяет ее
стабильность: чем сложнее биологические и
экологические системы, тем они стабильнее в пространстве и во времени.
12

13. Основные задачи экологии

1. Исследование закономерностей организации жизни.
2. Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов.
3. Прогнозирование изменений природы, управление процессами, протекающими в биосфере.
4. Сохранение среды обитания человека.
5. Сохранение (консервация) эталонных участков биосферы.
13

14. Задачи экологии применительно к деятельности инженера

1. Оптимизация технологических, инженерных и проектно -– конструкторских решений,
исходящих из минимального ущерба окружающей среде и здоровью человека.
2. Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий действующих,
реконструируемых и проектируемых предприятий для окружающей среды, человека, животных
и т.д.
3. Своевременное выявление и корректировка конкретных технологических процессов,
наносящих ущерб окружающей среде.
14

15. Методы экологических исследований

Полевые исследования. Изучение популяций, видов и их сообществ в естественной
обстановке, непосредственно в природе. Не дают вполне точного ответа на вопрос, какой
же из факторов среды определяет характер жизнедеятельности особи, вида, популяции или
сообщества. На этот вопрос можно ответить только с помощью эксперимента.
Эксперимент. Его задача–выяснение причин, наблюдаемых в природе отношений.
Отличается от наблюдения тем, что организмы искусственно помещаются в условия, при
которых можно строго дозировать тот или иной фактор и точнее, чем при наблюдении
оценить его влияние.
15

16. Системный анализ

16

17.

Становится методологической основой экологии. Суть анализа. При системном подходе
любая система разбивается на подсистемы различных уровней и рассматривается
взаимодействие этих подсистем с учетом иерархии.
Изучение системы включает сбор информации о системе, выделение в ней конечного
числа свойств и процессов, которые наиболее существенны для решения поставленной
задачи.
Построение вербальной модели – формализованный
вариант описания изучаемой
системы.
Построение математической модели – система уравнений,
выражающих закон
изменения каждой из переменных во времени.
Испытания модели – суммирование всех полученных решений и выяснения способностей
модели воспроизводить интересующие исследователя черты системы –оригинала
подсистем различных уровней.
Оценка пригодности модели–производится на основе
ее всестороннего анализа,
сравнения с данными наблюдений и экспериментов, на основе
практического
использования модели.
17

18. Понятие биосферы

Основы науки о биосфере были разработаны в первой половине 20 века трудами
В.И.Вернадского.
Биосфера – приповерхностный слой планеты, в пределах которого сосредоточено все
живое вещество.
Уровни организации жизни: особь (организм) – популяция – биоценоз–биогеоценоз
(экосистема) – биосфера.
Биосфера представляет собой устойчиво неравновесную систему, в которой обмен
веществ и энергии осуществляется главным образом в процессе жизнедеятельности
организмов.
В современном представлении биосфера – это сложная, большая динамическая система,
состоящая из многих компонентов живой и неживой природы, равновесие которой
поддерживается в результате постоянно действующего биологического круговорота
веществ.
18

19. Типы веществ в биосфере

Биогенное вещество – вещество,
создаваемое и перерабатываемое живыми
организмами на протяжении геологической истории, т.е. это геологические породы
(каменный уголь, нефть, известняки и т.п.).
Косное вещество (твердое, жидкое,
газообразное) –
вещество неорганического
происхождения, образованное в ходе процессов без участия живых тел.
Биокосное вещество – это вещество, которое создается в результате взаимодействия
живых и косных начал (кора выветривания, почва, природные воды и т.д.).
19

20. Границы биосферы

Биосфера включает в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние слои
литосферы. Границы этих элементов биосферы определяются условиями, при которых
возможно существование живых организмов.
Нижняя граница биосферы опускается на 2-3 км от поверхности на суше и на 1-2 км ниже
дна океана. Нижний предел жизни связан с повышением температуры в земных недрах.
Предельная температура существования большинства живых организмов, по современным
данным, составляет около 80–100оС, а активность эти организмы сохраняют в интервале
температур 0–30 оС.
Верхней границей биосферы служит защитный озоновый слой, имеющий максимальную
плотность озона на высоте 20-25 км, выше которого ультрафиолетовое излучение
исключает существование жизни.
20

21. Атмосфера

Газовая оболочка Земли. Область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое. Её масса 5,9.1015т.
Состоит из нескольких сфер.
Тропосфера – область, где наиболее активно протекают тепловые процессы. Тепловая энергия в основном подводится снизу от поверхности
земли и океана. Процессы в тропосфере оказывают на климат планеты, на поглощения солнечной радиации, на круговорот воды. Толщина
тропосферы составляет от 7 до 18 км. На ее долю приходится 3/4 всей земной атмосферы. Температура воздуха в тропосфере
уменьшается на 0,6 оС на каждые 100 м и колеблется от 40 оС до – 50 оС.
Стратосфера имеет протяженность около 40 км. Здесь расположен озоновый слой. Выше расположены мезосфера, ионосфера, экзосфера.
Структура атмосферы и распределение температуры в ней представлены ниже.
21

22.

22

23. Гидросфера

Водная оболочка Земли. Включает поверхностные воды, воду в пределах литосферы и атмосферы. Мировой океан включает
96% общего запаса свободной воды. Соленость этой воды 3,5% или 35 г/л. Доля пресных вод составляет 2,5%, однако 70%
этой воды сосредоточено в ледниковых покровах.
Общий объем воды 1,45 Гкм3 (гига– 109), запасы пресной воды 0,0323 Гкм3, годовой сток рек 38–45 тыс. км3. Годовое
потребление пресной воды в мире 600 км3. Общее потребление воды в год в мире составляет 7000 км3.
Для разбавления сбрасываемых в водоемы загрязненных вод в мире расходуется 6000 км3 чистой воды. Рассказать о роли
болот и о проблемах в гидросфере.
23

24. Литосфера

Земля представлена тремя слоями (сферами). Поверхностный слой – кора. Толщина 35км.Состоит на 47–49% из О2, на 27-28% – из SiO2, на
8% – из Al.
Следующий слой Земли (толщиной 2880 км) – мантия. Сложена силикатными породами.
Третий слой толщиной 3500 км называют
ядро. Литосфера – внешняя относительно прочная оболочка Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии Земли. Жизнь в
литосфере концентрируется только в поверхностном слое земной коры, в основном в почве.
Почва – это верхние наружные уровни горных пород, измененные под влиянием воды, воздуха и деятельности живых организмов.
Представляет собой смесь остатков живых организмов и косных веществ.
99% всего вещества в биосфере трансформировано живыми организмами. Биомасса живого вещества Земли 2,4 .1012т сухого вещества.
Воспроизводство биомассы в год составляет 170 млрд. т сухого вещества.
24

25. Биомасса сухого вещества Земли,%

Вид
Океан
Суша
Растения
6,3
99,2
Животные
93,7
0,8
Всего
100,0
100,0
Относительно биомассы Земли
0,13
99,87
Из табл. видно, что на континентах преобладают растения, а в океане
– животные, причем биомасса организмов океана ничтожно мала по
сравнению с биомассой наземных животных и растений.
25

26. Понятие биогеосферы

Оболочка земного шара, в которой сконцентрировано все живое вещество планеты.
Занимает область концентрации живого вещества – слой, толщина которого
изменяется от нескольких метров до 10 и 100 м. Состоит из элементарных ячеек –
биогеоценозов.
Биогеоценоз состоит из биоценоза и экотопа. Биоценоз – группа популяций растений,
животных и микроорганизмов. Это продукт естественного отбора.
Совокупность абиотических
составляющих (неживой природы) на
определенной
территории, являющихся местом проживания биоценоза, называется экотопом.
Экотоп
состоит из совокупности почвенно-грунтовых
и атмосферно-климатических
факторов. Биоценоз образует с экотопом
биологическую макросистему еще более
высокого ранга – биогеоценоз (жизнь, земля, сообщество).
26

27. Происхождение химических элементов

Эволюция Вселенной базируется на следующих фактах.
1. Все объекты Вселенной имеют одинаковый
химический состав.
2. Все вещество Вселенной находится водорода и гелия.
3. Вселенная расширяется, все галактики удаляются друг от друга.
Земля возникла из пылегазоводородного облака. Конденсация и уплотнение облака вызвали его разогрев и расплавления и
потерю легких молекул первичной атмосферы (Н2). Вулканизм поставлял Н2, СН4, NН3, Сl, Н2S, HF, He, Al и пары воды– создалась вторичная
атмосфера. Возрастающая утечка Н2 привела к созданию третичной атмосферы ( из NН3 образовывался N2, а из СН4– СО2). Фотосинтез привел к
расщеплению воды и обогащению атмосферы О2. Сложилась четвертичная атмосфера из N2, О2, Ar, H2, H2O, CO2. Современная атмосфера связана
с возникновением и развитием жизни на Земле.
27

28. Биогенные элементы

Это химические элементы, лежащие в основе возникновения жизни. К ним относятся C, H,
N, O, P, S. Более 90% массы любого организма составляют C, H, N, O, P, S. В состав
живых организмов входят Ca, Mg, Na и другие.
Основные функции биоэлементов представлены ниже, как и их содержание в человеке.
Если сравнить химический состав живого вещества и косного вещества Земли– земной
коры и вод мирового океана, то видно несоответствие между распространенностью
химических элементов в косных компонентах и их содержанием в живом веществе.
Так, содержание углерода в живом веществе в 70 раз больше, чем в земной коре. Для
живых организмов характерна избирательность поглощения из окружающей среды
элементов, необходимых для жизнедеятельности.
28

29.

Основные функции биогенных
элементов
Элемент
S
Основные функции
Составляющий любых органических веществ
Составляющий любых органических веществ
Составляющий любых органических веществ
Входит в состав белков и аминокислот
Универсальный переносчик энергии в живых организмах и составляющий аминокислот
(АТФ–аденозин– трифосфорная кислота– уникальное топливо)
Входит в состав белка
Са
Составляющий биологических мембран, участвует в управлении
сокращений
С
Н
О
N
P
Na, K
Mg, Mn
Fe
Zn
I
мышечных
Элементы, связанные с передачей нервных импульсов
Входят в состав ферментов– катализаторов химических реакций
Входит в состав гемоглобина –транспортера кислорода
Входит в состав инсулина
Участвует в работе щитовидной железы
29

30. Содержание химических элементов в человеке (в атомных %)

Элемент
Количество
С
10,68
H
60,56
N
2,44
O
25,67
P
0,13
S
0,13
Na
0,08
K
0,04
Mg
0,01
Cl
0,03
Fe, Zn, Cu, Co, F, I
< 0,03
30

31. Круговорот веществ в биосфере

Выделяют два основных круговорота.
1. Большой (геологический).
2. Малый (биотический).
Большой длится сотни тысяч или миллионы лет. Его суть: горные породы подвергаются
разрушению,
выветриванию и сносятся
потоками воды в Мировой океан. Образуются
напластавания. Перемещение морей, океанов приводит к возвращению напластаваний на сушу и
процесс начинается вновь.
Малый круговорот является частью большого. Его суть:
питательные вещества почвы,
влага, углерод аккумулируются в веществе растений. Продукты распада органического вещества
вновь разлагаются
до минеральных компонентов опять
доступных растениям и вновь
вовлекаемых ими в поток вещества.
31

32. Циклы биогенных элементов Цикл углерода

Цикл углерода является идеальным, полное количество углерода в биомассе практически
постоянно.
Основное количество углерода сосредоточено:
• в карбонатных отложениях на дне океана (1,3∙1016 т);
• в горных породах (1,0∙1026 т);
• в угле и нефти (3,4∙1015 т);
• в атмосфере (в виде СО2 - 2,35∙1012 т);
• в растениях (5,0∙1011 т);
• в тканях животных (5,0∙109 т).
При дыхании растений и животных, при разложении органических веществ углерод в виде СО2
выделяется в атмосферу. С середины XIX века содержание диоксида углерода в атмосфере
увеличилось на 22%. Скорость оборота диоксида углерода атмосферы 300 лет.
32

33.

33

34.

Увеличение содержания СО2 в атмосфере ведет к парниковому эффекту и глобальному
изменению климата. Подсчитано, что повышение концентрации этого газа в 2 раза по
сравнению с настоящим приведет к увеличению температуры на 4 0. Годовое потребление и
выделение биосферой СО2 224 000 000 000 тонн в год.
ИЗМЕНЕНИЕ ДИНАМИКИ АНТРОПОГЕННЫХ ВЫБРОСОВ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
5000000000
4500000000
4000000000
Выбросы, т/год
3500000000
3000000000
2500000000
2000000000
1500000000
1000000000
500000000
0
1950
1970
1990
2010
34

35. Прогноз снижения выбросов СО2 в атмосферу

35

36. Таяние ледника МГУ (Полярный Урал, 1991-2008 г)

36

37. Парниковый эффект

,
Парниковый эффект
В атмосфере растет содержание некоторых малых газов СО2, N2О, СН4, О3, Н2О,
хлорфторуглеводороды и др. галоген–производные углерода (фреоны). Они пропускают к
поверхности Земли видимую (световую) часть солнечного излучения.
Поглощаемая земной поверхностью солнечная энергия нагревает ее, что приводит к
тепловому длинноволновому (инфракрасному) излучению в окружающее пространство.
Это излучение задерживается компонентами атмосферы и прежде всего парниковыми
газами.
Задержание тепловой энергии у приповерхностного слоя приводит к повышению его
температуры (парниковый эффект). Возникновение парникового эффекта опирается на
квантовую теорию света.
37

38.

Энергия кванта , выражается формулой
h ,
где h – постоянная Планка (6,62.10-34Дж.с); – частота, присущая кванту.
Энергия кванта солнечного излучения в 1000 раз энергии кванта теплового излучения.
Молекулы парникового газа более крупные. Все это способствует задержанию квантов
теплового излучения. Рассказать про теплицы.
38

39. Циклы биогенных элементов Цикл кислорода

Кислород имеет биогенное происхождение, так как является побочным продуктом реакции
фотосинтеза. Вся масса свободного кислорода земной атмосферы возникла и сохраняется благодаря
растениям суши и мирового океана. Скорость оборота кислорода порядка 2000 лет.
Запасы кислорода в атмосфере (1,2…2)·1015 т;
Приход кислорода:
•за счет фотосинтеза растений суши 4·1011 т/год;
•за счет фотосинтеза из Мирового океана (0,7…1)·1011 т/год;
•за счет фотодиссоциации молекул воды 2·106 т/год.
Расход кислорода:
•на дыхание 0,22·1011 т/год;
•при сжигании органического топлива (0,9…1)·1010 т/год.
39

40.

40

41. Циклы биогенных элементов Цикл азота

Основное хранилище азота – атмосфера, где он представлен в молекулярном виде (4·1015 т).
Отсюда он:
• усваивается бактериями, сине-зелеными водорослями (до 25 кг/га в год);
• фиксируется бактериями на корнях некоторых бобовых растений (до 150…400 кг/га в год);
• переходит в водорастворимую форму вследствие разрядов молний (до 4…10 кг/га в год).
Общая фиксация азота этими организмами составляет 109 тонн в год; практически весь этот
материальный поток после разложения его микроорганизмами выносится в Мировой океан.
Антропогенное воздействие: внесение азотных удобрений (3·109 тонн в год) и сжигание
органического топлива.
Круговорот азота – процесс медленный (108 лет).
41

42.

42

43. Циклы биогенных элементов Цикл фосфора

Фосфор – один из важнейших биогенных элементов, входит в состав нуклеиновых кислот,
клеточных мембран, важнейший переносчик энергии (АДФ и АТФ). Цикл фосфора
осуществляется через почвенные растворы. Через посредство растений фосфор передается
далее по пищевым цепям к животным и возвращается в почву в виде фосфатов.
Основной источник неорганического фосфора – горные породы. Содержащийся фосфор
вымывается водой и выносится в Мировой океан (порядка 1,4·107 т/год). Обратный вынос –
около 4·105 т/год. Таким образом, цикл фосфора далеко не идеален и составляет слабое место
в биосфере.
Антропогенный фактор – внесение фосфорных удобрений (порядка 7·107 т/год) и использование
синтетических моющих средств (детергентов).
43

44.

44

45. Циклы биогенных элементов Цикл серы

Содержание серы в живых организмах незначительно, но без нее невозможно построить
белковую молекулу.
Цикл серы похож на цикл азота и осуществляется также через почвенные растворы. Возврат
серы в биосферу связан с разложением мертвых животных и растений микроорганизмами с
выделением в атмосферу сероводорода.
Антропогенное воздействие – сжигание органического (особенно твердого и жидкого) топлива.
Образующийся при сжигании диоксид серы токсичен, подавляет процессы фотосинтеза,
подкисляет атмосферные осадки. Антропогенная сера составляет до 12,5% от ее общего
содержания в атмосфере.
45

46. Круговорот воды

Вода–необходимое вещество в составе любых живых организмов. Как и биогенные элементы, она находится в процессе постоянной
циркуляции.
Круговорот воды происходит по схеме. Вода испаряется в атмосферу с водных поверхностей, из почвы, путем транспирации (испарения с
поверхности листьев растений). Поднимаясь в атмосферу и охлаждаясь, водяной пар конденсируется, образуя атмосферную влагу, которая
переносится воздушными массами и выпадает на Землю в виде дождя, града или снега.
В процессе круговорота вода может переходить из одного агрегатного состояния в другое. Круговорот воды основан на том, что суммарное
испарение компенсируется выпадением осадков.
На основе геологического круговорота воды с появлением на Земле живого вещества появился биотический круговорот, в котором большое
значение имеют процессы транспирации.
46

47. Значение воды

В жизнедеятельности организмов определяются целым рядом физических свойств этого
соединения.
1. Вода имеет высокую теплоемкость (СР=4,212 кДж/(кг . оС) и низкую теплопроводность ( 0,560
Вт/(м оС)). Высокая теплоемкость обеспечивает интенсивное поглощение лучистой энергии, а
низкая теплопроводность медленный отвод теплоты. Это обеспечивает относительное
постоянство температуры водоемов. Ту же роль она играет и в организмах, способствуя
сохранению температуры тела.
2. Свойство воды перед замерзанием расширяться, т.е. увеличивать свой объем, приводит к
уменьшению ее плотности, а аномальное изменение плотности в интервале температур от 0
до 4 оС приводят к тому, что в водоемах возникают градиенты плотностей, которые являются
движущей силой, приводящей водные массы в движение, и они начинают циркулировать,
препятствуя промерзанию водоема до дна. Это создавало хорошие условия для зарождения
жизни в воде.
47

48.

3. Вода обладает высоким
поверхностным натяжением, обеспечивающим
капиллярности. Благодаря этому свойству организмы из воды вышли на сушу.
Рассказать о практической несжимаемости воды,
(прозрачности). Роль растворителя. Об обмене веществ.
об
оптических
явление
особенностях
48

49. Планетарные предпосылки развития жизни

Для дальнейшего развития материи в направлении жизни необходимы планетарные системы с условиями, благоприятными
для возникновения живого.
Первое условие. Оптимум массы. Жизнь может развиваться на планете, масса которой не превышает
величины. Рассмотреть случаи, когда масса планеты больше или меньше оптимальной величины.
Второе условие. Относительное постоянство и оптимум радиации. Для соблюдения этого условия планета должна иметь
орбиту, близкую к круговой, а ее расстояние от звезды не должно быть слишком малым или слишком большим. Наконец,
центральное светило должно характеризоваться относительным постоянством излучения.
определенной
49

50. Химическая стадия эволюции биосферы

В эволюции биосферы выделяют два этапа: химическую эволюцию и биологическую
эволюцию.
Теория происхождения и развития жизни на Земле через химическую
эволюцию к преджизни, а затем к самой жизни была развита в работах А.И.Опарина и
Д.Б.Холдейна.
Согласно данным Юри и Опарина первичная атмосфера состояла из СН4, NН3 и Н2О. Газы,
выделяемые вулканами,
вступали в многочисленные сложные реакции вплоть до
образования аминокислот, жирных кислот и т.д.
С 1897 года было проведено множество модельных экспериментов, в результате пришли к
выводу, что при воздействии энергии на первичные газы образуется большой набор
органических соединений.
50

51. Опыты Миллера - Юри (1953 г.)

В 1953 году они придумали систему, в которой метан, аммиак и вода подвергались
действию электрического разряда. После непрерывного пропускания искры в течение
нескольких дней при напряжении 60000В, что по количеству энергии эквивалентно периоду
в 50 млн.лет на Земле.
Водную фазу подвергали химическому анализу. Было обнаружено 19 различных
органических соединений, среди которых аминокислоты, уксусная кислота и др. Было
проведено много экспериментов, которые подтвердили идею химической эволюции
согласно которой все малые органические молекулы образуются из более простых
компонентов под воздействием энергии.
51

52. Аппарат Миллера - Юри

52

53. Опыты Фокса (1966 –1968 г.г.)

Следующим этапом химической эволюции было развитие фазово–обособленных систем.
Создание моделей протоклеток. В опытах по нагреву смеси аминокислот с последующим
охлаждением
и переносом в воду Фокс получил полимеры.
Они представляли
белковоподобные молекулы со
случайной последовательностью аминокислот, были
способы к делению.
Фокс предполагал, что в реальных условиях аминокислоты концентрировались в водоемах
и затем под действием теплоты солнца полимеризовались. Совершенствование
протоклеток под влиянием естественного отбора привело к появлению живых клеток.
53

54. Особенности химии жизни

Живая клетка, живой организм – сложные химические машины. Они существуют благодаря химическим превращениям веществ,
поступающих извне и выделению продуктов жизнедеятельности в окружающую среду.
Непременные участники всех процессов
жизнедеятельности –белковые молекулы. Молекулы белков– самые сложные из известных науке.
Особенности химии жизни– химии биологических молекул.
1. Живая система обязательно гетерогенна. Отдельные белковые молекулы не обладают свойствами живого. Единичной структурой живого
является клетка.
2. Несмотря на огромное разнообразие живых организмов, основные вещества и химические механизмы едины во всей природе. Все белки
строятся из 20 аминокислот, все нуклеиновые кислоты – из 4 нуклеотидов.
3. Строение и свойства клетки и организма диктуются нуклеиновыми кислотами.
54

55.

4. Биохимические процессы и биологические молекулы являются результатом эволюционного
развития.
5. Биологические молекулы и макромолекулы имеют строго определенныфе состав и
строение. Даже малые различия в строении молекул очень важны для жизни (например Н3С–
ОН –метиловый спирт–вызывает слепоту, а Н3С– СН2 –ОН–этиловый спирт –вызывает
опьянение.)
6. Биологические молекулы на 90% построены из атомов легких элементов: C, H, O, N, P, S.
Биологическая эволюция начинается
с клетки –элементарной структуры
организмов, вне которой жизнь не существует.
живых
55

56. Биологическая эволюция

Появление фотосинтезирующих клеток, использующих
видимый свет, привело к
выделению в атмосфере
молекулярного кислорода и образованию в верхних слоях
атмосферы озонового экрана, не пропускающего ультрафиолетового излучения.
Появились фотосинтезирующие
безъядерные клетки, затем клетки, имеющие ядро.
Развитие многоклеточности. Проникновение жизни в области Земли с различными
природными условиями потребовало приспособления организмов к ним, что неизбежно
было связано с гибелью частиц организмов, с процессами естественного отбора и
эволюции.
56

57. Теория биологической эволюции Ч. Дарвина (19 в.)

По Дарвину эволюцию определяют три фактора.
1. Изменчивость.
2. Наследственность.
3. Естественный отбор.
Дарвин впервые обратил внимание на борьбу за существование, выделил две формы
конкуренции– внутривидовую и
межвидовую. Показал, что именно
внутривидовая
конкуренция ведет к вымиранию неприспособленных особей, что лежит в основе принципа
естественного отбора –дви-жущегося фактора эволюции.
57

58.

Наследственность определяется
способностью живых систем сохранять
информацию о своей структуре и функциях и передавать ее последующим поколениям.
Впервые обратил внимание
на колоссальную внутривидовую изменчивость
и на
относительность границ между подвидом и видом.
Современная синтетическая теория эволюции соединяет Дарвиновское учение, в котором
главную роль играет естественный отбор, с генетикой, включая ее последние достижения,
основанные на молекулярной биологии.
58

59. Трансформация энергии биологическими системами

Энергия солнечного излучения
усваивается в процессе фитосинтеза,
затем
трансформируется в химическую энергию биологических молекул и в конечном итоге
рассеивается в космическом пространстве в виде теплового излучения.
К внешней границе тропосферы подводится поток солнечной энергии мощностью 173.1012
кВт.
30% этого излучения рассеивается
отражается облаками.
частицами атмосферы или же
непосредственно
20% этого излучения поглощается, проходя через атмосферу.
50% этого излучения достигает суши и океанов и поглощается в виде теплоты.
59

60.

Поток энергии, достигающий поверхности Земли, и поглощенный ею, в конечном итоге
излучается обратно.
Количество солнечной энергии, поступающей в живые организмы, ничтожно мало по
сравнению с общим круговоротом энергии.
В процессе фотосинтеза связывается
всего 0,02% энергии, получаемой от Солнца.
Более половины энергии, связанной при фотосинтезе, тут же расходуется в процессе
дыхания самих растений. Часть энергии запасается.
60

61. Фотосинтез

Фотосинтез в зеленых растениях определяет существование всех высших форм жизни, так
как кислород в атмосфере Земли образован именно в результате фотосинтеза.
Схема фотосинтеза имеет вид
6CO2+6H2O+hν C6H12O6+6O2,
где hν - квант света; C6H12O6–молекула глюкозы.
• Реальный процесс фотосинтеза значительно сложнее, он протекает
многостадийно.
• Источником энергии, расходуемой клеткой на все ее нужды, является
дыхание, т.е. окисление органических соединений кислородом
воздуха.
61

62.

В 1780 г. Лавуазье показал, что дыхание и горение имеют единую природу. «Топливо», т.е.
окисляемые вещества, поступают в организм животного с пищей в виде жиров, углеводов
и белков. Они расщепляются, т.е. «сгорают» (дыхание) до образования CO2 и H2O.
Пища + O2 CO2+H2O+энергия.
Освобождаемая свободная энергия преобразуется в химическую энергию АТФ, которая
используется затем во всех физико– химических процессах, протекающих в живом
организме – процессах синтеза белков, нуклеиновых кислот, процессах транспорта
веществ, в непосредственном движении, т.е. работе мышц.
62

63. Трофические цепи

В основе любой экосистемы лежит пищевая или трофическая цепь.
Пищевая цепь – это перенос энергии от ее источника (растения) посредством ряда организмов с многократным поеданием друг друга
(привести примеры).
Трофические цепи связаны между собой, образуя сложные сети.
По способу питания выделяют две группы организмов: автотрофные и гетеротрофные.
Автотрофные (сам) – поглощают энергию Солнца и вещества из окружающей среды, не нуждаются в органических веществах, а сами
создают их из неорганических ( зеленые растения, водоросли, некоторые бактерии).
Гетеротрофные (другой) используют органические вещества, питаются другими животными организмам, и растениями (травоядные,
хищники, человек).
63

64.

С точки зрения структуры экосистемы выделют три блока живых организмов:
1. продуценты (производить) – автотрофные организмы, производят пищу, которой питаются
другие;
2. консументы (потреблять)– гетеротрофные организмы, главным образом животные,
поедающие другие организмы; различают первичные консументы (животные, питающиеся
зелеными растениями, травоядные) и вторичные консументы ( хищники, которые поедают
растительноядных);
3. редуценты (возвращать)– гетеротрофные организмы, разлагающие органические остатки
всех трофических уровней.
Человек в этой классификации оказывается хищником, потребляющим и растительную и
животную пищу, и занимает промежуточное положение между первичными и вторичными
консументами.
64

65. Продуктивность биоценозов

Продуктивность биогеоценоза–производство или воспроизводство биомассы вещества в
единицу времени на единицу площади или объема. Ее можно характеризовать скоростью
образования биомассы или аккумулированной ею энергией.
Первичная продуктивность–продукция автотрофных организмов (растений). Определяется
как скорость, с которой лучистая энергия Солнца усваивается продуцентами, т.е.
зелеными растениями в процессе фотосинтеза.
Консументы, потребляющие первичную продукцию, образуют свою
синтезировать органические вещества из неорганических не могут.
называют вторичной.
биомассу, но сами
Их продуктивность
65

66.

Различают общую продуктивность –
производство биомассы за всё
существования экосистемы, и текущую – прирост биомассы, например, за год.
время
В зеленых тканях растений осуществляются два параллельных процесса – фотосинтез и
дыхание. При фотосинтезе энергия накапливается, а при дыхании расходуется.
Продуктивность в год, т/га: леса–7, обработанной земли–6, степи и луга–4, пустыни –1,
полярные зоны–0.
66

67. Экологические факторы

Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказывать прямое или
косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз развития.
Экологические факторы делятся на три категории:
1. абиотические факторы (факторы неживой природы);
2. биотическте факторы (факторы живой природы);
3. антропические факторы (связаны с деятельностью человека).
Абиотические факторы представляют совокупность климатических и почвенно–
грунтовых факторов.
67

68. Экологические факторы Климатические факторы

1.
Лучистая энергия Солнца. 99% всей энергии солнечной радиации составляют лучи с длиной
волны 0,17– 4,0 мкм (48% приходится на видимую часть спектра, 45% – на инфракрасную, 7% –
на ультрафиолетовую).
Преимущественное значение для жизни имеют инфракрасные лучи, а в процессе фотосинтеза –
оранжево– красные и ультрафиолетовые лучи).
Количество энергии солнечной радиации, проходящей через атмосферу к поверхности Земли
оценивается в 21.1023кДж. Эта величина называется солнечной постоянной. Но так как приход
солнечной энергии
в различные участки поверхности Земли неодинаков, то солнечную
постоянную представляют относительной величиной 0,14 Вт/(см2). Солнечная энергия не только
поглощается, но и отражается.
68

69.

2. Освещенность земной поверхности. Продолжительность и интенсивность светового
потока. Светлое и темное время суток.
3. Влажность атмосферного воздуха. Связана с насыщением его водяными парами.
Обычно насыщение воздуха парами воды не достигает максимального. Разность между
максимальным и данным насыщением носит название дефицита влажности или недостатка
насыщения. Это важнейший экологический параметр, так как он характеризует две величины:
температуру и влажность (с повышением температуры влажность возрастает).
4.
Осадки. Связаны с влажностью воздуха. Есть результат конденсации водяных паров.
Режим осадков– важнейший фактор, определяющий миграцию загрязняющих веществ в
биосфере. В выпадении прослеживается резкая неравномерность, в связи с чем выделяют
гумидные (влажные) и аридные (засушливые) зоны. В тропических лесах выпадает –2000
мм/год осадков. В пустынях тропического пояса 0,18 мм/год. Зоны с количеством осадков
менее 250 мм/год считаются засушливыми.
69

70.

5. Газовый состав атмосферы. Атмосфера представляет собой аэрозоль. Аэрозоли–
системы, состоящие из твердых или жидких частиц, взвешенных в газообразной среде.
Процессы в аэрозолях.
Седиментация– оседание под действием силы тяжести,
пропорционально квадрату размера частиц. Скорость оседания несколько десятков см/с
для частиц 100 мкм и несколько см/с для частиц 10 мкм. Броуновское движение– заметно
для частиц меньше 1 мкм, оседание происходит на любых поверхностях. Коагуляция–
происходит при столкновениях между частицами под действием броуновского движения.
Испарение – из летучих веществ.
Действие аэрозолей основано на том, что они непрозрачны не только для инфракрасной,
но и для видимой части излучения оптического диапазона. Это ослабляет поток солнечной
энергии, падающей на Землю, что в принципе должно приводить к похолоданию климата.
Аэрозольные частицы как ядра конденсации могут способствовать образованию облаков,
а это также приводит к понижению температуры поверхности Земли.
70

71.

Пример аэрозоли–облака – звено в круговороте воды в природе. Поглощая солнечные лучи
и тепловое излучение Земли, они умеряют и жару и холод
.
6. Температура на поверхности земного шара. Тесно связана с солнечным излучением.
7. Движение воздушных масс (ветер)
8. Давление атмосферы
71

72. Экологические факторы Почвенно–грунтовые факторы

1.
Эдафогенные факторы (эдафос-почва). Почва – это трехфазная среда, включающая
твердые, жидкие и газообразные компоненты. Это продукт физического, химического и
биологического преобразования горных пород. Важнейшее свойство почвы– ее
плодородие, которое определяется физическими и химическими свойствами почвы.
Представляет смесь органических и минеральных удобрений.
Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые
находятся в ней в виде растворенных ионов. Концентрация в почве ионов водорода (рН) в
среднем близка к нейтральному значению. Известковые и засоленные почвы имеют рН=8–
9, а торфяные– до 4.
72

73.

Биомасса в почве (кг/га): бактерии– 1000–7000; микроскопические грибы–100–1000;
водоросли–10–300; членистоногие-1000; червей–350–1000.
Почва теряет те минеральные элементы, которые растения взяли из нее. Потери
питательных веществ восполняются внесением минеральных удобрений.
2. Орографические факторы. Рельеф местности, высота над уровнем моря.
73

74. Биотические факторы

Это есть совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Эти влияния носят самый разнообразный характер. Живые существа могут
служить источником пищи для других организмов, являться средой обитания, оказывать химические, механические и другие воздействия. В естественных
условиях ни один вид не стремится и не может привести к уничтожению другого.
Важнейшие биотические факторы:
Нейтрализм, при котором совместно обитающие на одной территории популяции не влияют друг на друга.
Симбиоз– форма взаимоотношений, при котором оба вида или один из них извлекают пользу от другого.
Антибиоз, при котором обе взаимодействующие популяции или одна из них испытывают отрицательное влияние.
Хищничество– при котором представители одного вида ловят и поедают представителей другого вида.
Паразитизм– когда один из видов использует другой (хозяина) в качестве источника пищи, места обитания, защиты от врагов и т.д.
74

75. Экологическая ниша

Любой живой организм приспособлен к определенным условиям окружающей среды. Изменение
ее параметров подавляет жизнедеятельность организмов и может вызвать их гибель.
Совокупность экологических факторов
окружающей среды в пределах которых возможно
длительное существование организмов того или иного вида называется экологической нишей.
Она включает в себя не только положение вида в пространстве, но его роль в сообществе
организмов (трофический уровень).
Экологическая ниша характеризуется
множеством параметров, определяющих состояние
окружающей среды и процессы обмена с ней энергией, веществом и информацией. В
экологических системах каждый вид занимает свою экологическую нишу, пустых ниш не бывает,
если какой–либо вид исчезает, то его нишу тут же занимает другой.
75

76. Экологическая регуляция

Большинство биологических видов приспособлено не к определенным значениям данного
фактора, а к пределам его изменчивости в природе. Организм способен выживать только в
пределах определенного диапазона изменчивости данного фактора. Как при более низких,
так и при
более высоких его значениях жизненные
процессы оказываются
заторможенными и может наступить гибель организма.
Пороговое значение данного фактора, выраженное в цифрах, выше или ниже которого
организм не может существовать, называется критической точкой.
Есть нижняя критическая и верхняя критическая точка. Заключенный между этими
значениями
диапазон изменчивости фактора называется
зоной экологической
толерантности.
Толерантность (терпение)– это выносливость организмов по отношению к колебаниям
какого–либо экологического фактора. Чем выше способность вида адаптироваться к
отдельным факторам, тем больше шансов выжить в условиях окружающей среды.
76

77. Закон минимума

В 1840 году химик –органик Ю.Либих, занимаясь агрохимией растений, сформулировал
закон минимума. Он установил, что развитие растений зависит не только от тех веществ
или факторов, которые присутствуют в достаточном для организма количестве, но и от тех,
которых не хватает.
Согласно закона минимума,
экологические факторы, находящиеся в
близкие к минимуму, ограничивают жизнедеятельность организмов.
недостатке, т.е.
77

78. Закон максимума

Спустя 70 лет американский ученый В. Шелфорд доказал, что не только вещества,
находящиеся в недостатке, определяют жизнеспособность организма, но и избыток
какого–либо вещества также
может приводить к нежелательным
последствиям
(недостаток влаги и ее избыток сдерживает рост и развитие растений).
Факторы, присутствующие в избытке и в недостатке были названы
Шелфордом
лимитирующими, а правило стало называться законом лимитирующего фактора или
законом толерантности.
Согласно этого закона,
лимитирующие факторы ограничивают жизнедеятельность
организмов.
На основе этого закона в 1958 году Виккерсом была построена модель регуляции
численности.
По его мнению, два лимитирующих
фактора–пространство и пища–
определяют
численность организмов. Организмы не могут существовать в пространстве лишенном
пищи, и добывать пищу там, где она недоступна.
78

79. Изменчивость и стабильность экосистемы

Экосистема живет и развивается как единое целое. Менее устойчивые экосистемы со
временем сменяются на более устойчивые. Последовательная смена во времени одних
экосистем (биоценозов в первую очередь) другими на определенном участке земной
поверхности называется сукцессией.
Экологические системы существуют в течение длительного времени, т.е. обладают
определенной стабильностью во времени и в пространстве.
Состояние стабильности имеет динамичный характер. Ни одна экосистема не бывает
абсолютно статичной, неподвижной (происходят колебания численности популяцией). Но
эти процессы в целом не выводят систему из состояния равновесия.
79

80.

Способность экосистемы сохранять состояние динамического равновесия носит название
гомеостаза (состояние).
Гомеостаз –важнейшее условие существования экосистемы. Это сохранение состояния
на фоне медленных изменений сукцессий.
Сукцессии подразделяются на
первичные и вторичные. Первичные сукцессии
развиваются на лишенном жизни месте (пример–зарастание песчаных дюн, в начале
появляются злаки, затем кустарники (ивняк, ольшаник), сосна, лиственные деревья, первые
насекомые и т.д. Пример вторичных сукцессий–зарастание озера.
80

81. Обратные связи в биогеоценозах

В любом биогеоценозе взаимодействие между организмами и окружающей средой
сопровождается обменом веществом, энергией и информацией, которые передаются по
определенным каналам связи. Устойчивость экологических систем обеспечивается
обратными связями.
Обратная связь – реакция системы на определенные воздействия.
категории обратных связей – положительная и отрицательная.
Существует две
81

82.

Отрицательная обратная связь компенсирует внесенные в систему отклонения,
успокаивает систему, возвращает её в исходное состояние.
Положительная обратная связь, наоборот, усиливает возмущения, стремится вывести
систему из состояния равновесия.
Пример. В системе хищник–жертва, если численность жертвы постоянно растет, то
хищник, питающийся только этой жертвой, тоже имеет возможность увеличить свою
численность (положительная обратная связь выводит систему из равновесия). Но, поедая
эту жертву, хищник снижает численность ее популяции (отрицательная обратная связь
возвращает систему в исходное состояние). При некоторых условиях обратная связь может
быть нарушена (помеха). Помехи бывают частичные и предельные.
82

83. Нормируемые показатели Предельно допустимые концентрации (ПДК)

Законодательством об охране окружающей среды предусматривается ряд нормируемых
показателей ее качества. Основными среди них являются предельно допустимые
концентрации вредных и загрязняющих веществ (ПДК).
ПДК – это такая концентрация вещества, которая не оказывает ни прямого, ни косвенного
влияния ни на человека, ни на окружающую среду.
Под прямым воздействием имеется
в виду нанесение организму временного
раздражения, вызывающего кашель, головные боли, ощущение запаха и т.д., которое
наступает при превышении пороговой величины концентрации вещества.
К
прямому относится
также влияние тех вредных веществ, которые накапливаясь в
организме, могут вызвать патологические изменения.
83

84.

Под косвенным воздействием имеются в виду такие изменения в окружающей среде,
которые, не оказывая вредного влияния на организм человека, ухудшают обычные
условия обитания. ПДК определяется в опытах на животных. ПДК веществ, загрязняющих
атмосферу, введены в 1951 г. Применительно к атмосфере различают несколько видов ПДК.
Применительно к атмосфере различают несколько ПДК.
Для веществ, которые оказывают немедленное по времени, раздражающее воздействие,
устанавливают максимальные разовые ПДК (ПДКМР) за 20 мин период их воздействия.
Для веществ, оказывающих вредное влияние при накоплении в организме, устанавливают
среднесуточные предельно допустимые концентрации (ПДКСС). При этом имеются в виду
среднесуточные концентрации в среднем за год, а не за каждые отдельные сутки.
Для веществ, с немедленным воздействием на организм, устанавливают ПДКМР и ПДКСС
разные. Например, для СО ПДКМР= 5 мг/м3, а ПДКСС= =1 мг/м3.
84

85.

Для территории заводских площадок ПДК
не разрабатывались, но в местах
воздухозаборов величина концентрации вредных веществ не должна превышать 30% от
ПДК для рабочей зоны (ПДКРЗ).
ПДКРЗ – это концентрация вещества
в воздухе, не вызывающая
у трудящихся,
находящихся на рабочем месте по 8 часов 5 раз в неделю, заболеваний или отклонений в
состоянии здоровья,
как в течении всей трудовой деятельности, так и в отдаленной
перспективе. Рабочей зоной считается пространство высотой 2 м над уровнем пола или
площадки, на которых находится место постоянного пребывания рабочего. ПДКРЗ
значительно больше, чем для населенных мест.
Так ПДКМР для сероводорода составляет 0,008мг/м3, а ПДКРЗ –10 мг/м3
85

86.

При одновременном присутствии в воздухе нескольких вредных веществ суммарная
концентрация веществ, обладающих
эффектом однонаправленного действия
определяется по формуле
С1
С2
Сn
С
...
1
ПДК1 ПДК 2
ПДК n
• В формуле «С» с индексами - концентрации вредных веществ в
окружающей среде¸ а ПДК с индексами – соответствующие
предельные концентрации этих же соединений.
• ПДК некоторых вредных веществ приведены в таблице ниже.
86

87.

Предельно допустимая концентрация
Вредное вещество
ПДКРЗ
ПДКМР
ПДКСС
Пыль нетоксичная
10,0
0,50
0,15
Кварцевый песок,
1,0
0,15
0,05
6,0
0,50
0,15
Цемент
6,0
0,30
0,10
Шамот
2,0
0,30
0,10
SO2
10,0
0,50
0,05
NH3
2,0
0,20
0,20
CO
20,0
5,00
1,00
NO2
5,0
0,20
0,04
NO
5,0
0,60
0,06
динас
Глина, мел, корунд,
глинозем, доломит
87

88. Нормируемые показатели Предельно допустимые выбросы (ПДВ)

Основным средством соблюдения ПДК является установление нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ), установленных для
каждого стационарного источника выбросов.
ПДВ – это максимально возможная для данного источника за единицу времени масса выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
Нормативы ПДВ вредных веществ в атмосферу определяются на уровне, при котором выбросы вредных веществ от конкретного и всех
других источников в данном районе с учетом перспективы его развития не приведут к превышению нормативов ПДК.
На величину ПДВ влияют вид источника выбросов, его местонахождение к жилому массиву, условия рассеивания, температура
окружающего воздуха, рельеф местности и т.д. Поэтому для одинаковых источников выделения вредных веществ величины ПДВ могут быть
различны.
Нормативы ПДВ устанавливаются на основании расчета приземных концентраций и сопоставления результатов расчета с ПДК.
88

89.

Необходимо, чтобы выбросы от данного источника в совокупности с выбросами других
источников и с фоновой концентрацией Сф не создавали приземную концентрацию С
вредного вещества, превышающую ПДК:
С+ Сф ≤ ПДК.
89

90. Нормируемые показатели Временно согласованные выбросы (ВСВ)

Если количество выбросов какого либо вещества больше, чем должно быть после
достижения ПДВ, то величина выброса от данного источника характеризуется как
временно согласованный выброс (ВСВ). Допустимость такого выброса принимается на
ограниченный период.
Данные по ПДК приведены в СН 245–71, а по ПДВ в ГОСТ 17. 2. 3. 02 –78.
90

91. Классы опасности загрязняющих веществ

В зависимости от величины ПДКРЗ, а также других показателей токсического действия все
химические соединения разделены на 4 класса.
Первый класс составляют чрезвычайно опасные, второй– высокоопасные, третий–
умеренно опасные и четвертый –малоопасные вещества. Критерии отнесения вещества к
тому или иному классу опасности приведены в таблице.
91

92.

Классы опасности химических соединений в зависимости от
токсикометрических характеристик
Класс опасности
Показатель
1
2
3
4
ПДКРЗ, мг/м3
Менее 0,1
0,1–1,0
1-10
Более 10
ДЛ50 при
Менее 15
15–150
150–5000
Более 5000
Менее 100
100–500
500–2500
Более 2500
ЛК50, мг/л
0,5
0,5–5,0
5–50
50
КВИО
Более 300
300–30
30–3
Менее 3
Зост
Менее 6
6–18
18–54
Более 54
Зхр
Более 10
10–5
5,0–2,5
Менее 2,5
введении в
желудок, мг/кг
ДЛ50К при
нанесении на
кожу, мг/кг
92

93.

В этой таблице: ДЛ50 и ДЛ50К –летальные дозы химического вещества (мг/кг), вызывающие
гибель 50% животных при попадании соответственно в организм и на кожу;
ЛК50–
летальная концентрация вещества (мг/л), вызывающая при дыхании (мыши – 2 ч, крысы –
4 ч) гибель 50% животных; КВИО–коэффициент возможного ингаляционного отравления–
отношение максимально допустимой концентрации вещества в воздухе при 20оС к ЛК50;
Зост– зона острого действия, определяемая как отношение ЛК50 к ПКост; ПКост – пороговая
концентрация острого действия при однократной ингаляции воздуха, мг/л; Зхр–зона
хронического действия,
определяемая как отношение ПКост к ПКхр; ПКхр-пороговая
концентрация хронического действия, установленная на лабораторных животных при
ингаляции по 4 ч пять раз в неделю, на протяжении 4 мес., мг/л.
93

94.

Определение класса опасности
индивидуальных веществ и их смесей имеет
существенное практическое значение. Оно позволяет наладить дифференцированный
учет всех выбросов, обращая особое внимание на отходы 1 и 2 классов, обеспечить
раздельное транспортирование и хранение твердых и жидких токсичных отходов
различных классов на свалках, полигонах. В частности, отходы 4 класса опасности
разрешено размещать на свалках бытовых отходов.
94

95. Пылеочистка отходящих газов

Для улавливания из газа пыли или отдельных газообразных компонентов в зависимости от их свойств и свойств
очищаемого газа используют разные по конструкции и принципу действия аппараты. Аппараты, эксплуатирующиеся в настоящее
время, могут осуществлять очистку сухих газов или орошаемых жидкостью. Первые аппараты принято называть сухими, вторые–
мокрыми. В мокрых аппаратах пыль смачивается, ее масса становится больше
и она отделяется от газа под действием
инерционных сил или захватывается жидкостью и выводится из аппарата. Улавливание пыли в аппаратах газоочистки может
происходить под действием нескольких основных физических принципов.
Осаждение под влиянием силы тяжести. По этому принципу работают пылевые камеры, газоходы, инерционные
пылеуловители. Устройство такого типа обычно эффективны при улавливании грубых частиц размером 50 мкм и более.
95

96.

Осаждение под действием центробежной силы. Эта сила может быть значительно больше силы тяжести. В
пылеуловителях на данном принципе, газу обычно сообщают вращательное движение при тангенциальном вводе его в
аппараты круглого сечения, называемые циклонами. Они эффективны при улавливании частиц размером 5–10 мкм и
более.
Фильтрация запыленного газа через ткань–надежный способ улавливания очень тонких пылей.
Электростатическое осаждение используют в электрофильтрах. Подобная очистка основана на свойстве
частиц пыли заряжаться в интенсивном электрическом поле, создаваемом вокруг электрода подведенном к нему
постоянным током высокого напряжения (50–90 кВ). Электрофильтры используют для улавливания более мелких, чем в
циклонах, пылей, включая ультратонкое (порядка 0,1 мкм).
96

97.

Промыватели. Частицы задерживают на каплях и пленках промывающих жидкостей. Как и фильтры,
они эффективны при улавливании очень тонких пылей.
Перечисленные принципы позволяют разделить способы пылеулавливания на сухие и мокрые.
Оборудование для сухого улавливания включает пылеосадительные устройства, пылеуловители
центробежного действия, фильтры, электрофильтры.
К оборудованию для мокрого улавливания пыли относят скрубберы, барботажные аппараты,
скоростные пылеуловители.
Все пылеуловители делят на 5 классов в зависимости от крупности пыли, для очистки от которой они
предназначены.
Класс пылеуловителей
Размер улавливаемых
чaстиц, мкм
I
II
III
IV
V
0,3
2
4
8
20
97

98.

98

99.

ПО ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ:
• АППАРАТЫ ГРУБОЙ
ОЧИСТКИ
(Размер частиц > 10 мкм)
Механические ПУ
• АППАРАТЫ ТОНКОЙ
ОЧИСТКИ
(Размер частиц < 10 мкм)
Электрофильтры
Пористые фильтры
99

100.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ПУ
Ƞ - степень очистки, %;
m – масса пыли, уловленной в пылеуловителе;
М - масса пыли, поступившей в пылеуловитель на очистку
100

101.

Величина, дополняющая степень очистки до единицы,
получила название степени проскока:
Под фракционной степенью очистки понимают массовую долю
данной фракции, осаждаемую в аппарате:
где, Ƞ - общая степень эффективности аппарата;
Ƞф1, Ƞф2,…, Ƞфn – коэффициенты фракционной
эффективности аппарата (приведены в каталогах);
Ф1, Ф2,…, Фn – массы частиц пыли разного размера в газе.
101

102.

Осаждение пыли в камерах и газоходах
Ламинарный и
турбулентный
режимы обтекания
частицы окружающей
средой.
102

103.

Сила сопротивления Р при движении частицы:
Закон Стокса справедлив для ламинарного движения
частицы сферической формы в однородной вязкой среде.
103

104.

Скорость витания частицы.
104

105.

Если запыленный газ, движущийся с
определенной скоростью по газоходу, ввести
в камеру, имеющую площадь поперечного
сечения значительно большую, чем площадь
газохода, то в этой камере скорость газа
резко уменьшается. В этих условиях
содержащаяся в газе пыль выпадает из него
под действием гравитационных сил (сил
тяжести).
Такие
камеры
называют
пылеосадительными. Условия осаждения
пыли в них должны быть такими, чтобы
частицы пыли успели осесть на дно камеры
раньше, чем газ выйдет из нее.
105

106.

106

107.

Для осаждения частица должна достичь дна раньше, чем газовый
поток вынесет ее из камеры, поэтому время осаждения частицы =
Н/wв не должно превышать времени ее пребывания в камере 1 =
L/wг:
Н/wв L/wг.
Выражая скорость газа через расход Vг, деленный на площадь
поперечного сечения камеры НВ, получим Н/wв = LНВ/ Vг, откуда
следует, что
Vг = LВwв = LB(d2 чg/18 ).
Из этой формулы находят предельное количество газа, которое
можно пропустить через камеру при условии осаждения частиц
диаметром d. Решая обратную задачу, можно найти диаметр
частиц, которые будут осаждаться при расходе газа Vг:
107

108.

Инерционные пылеуловители
Инерционные пылеуловители в металлургии
называют пылевыми мешками и используют
для выделения из газа крупных (размером
25-30 мкм) и тяжелых частиц пыли перед
аппаратами тонкой очистки.
Работа основана на том, что при всяком
изменении направления движения потока
запыленного газа частицы пыли под
действием сил инерции сходят с линий тока,
вследствие чего могут быть уловлены.
108

109.

ИНЕРЦИОННЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ
СПОСОБЫ ПОДАЧИ ГАЗА:
А – при помощи перегородки;
Б – через центральную трубу;
В – через боковую трубу;
Г – ПУ, встраиваемый в газоход.
109

110.

Радиальный пылеуловитель
При способе подачи газа через центральную трубу
(см. рис выше)
По центральному газопроводу запылённый газ
поступает в пылеуловитель сверху. Потеря скорости
при выходе в больший объем пылеуловителя и
поворот газового потока на 180о создают
необходимые условия для выделения крупных
частиц пыли, размером более 100мкм, из потока
газа и осаждения их под действием силы тяжести и
сил инерции на дно пылеуловителя.
110

111.

Центробежные пылеуловители (циклоны)
Выделение частиц пыли из газового потока
происходит за счет центробежных сил,
возникающих при вращении запыленного
потока в циклоне и при изменении
направления потока при выходе в
выхлопную
трубу.
Вращение
потоку
сообщается путем ввода его в аппарат с
большой скоростью либо через улиточный
вход, либо по касательной к стенке корпуса
или с помощью закручивающего устройства.
111

112.

Величина центробежной силы, действующей на частицу
пыли массой М:
Под влиянием центробежной силы частица приобретает
скорость в радиальном направлении, испытывая при
своем продвижении сопротивление газового слоя Рс:
Время прохождения частицей пути R2-R1:
112

113.

СУХИЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ
(циклон НИИОгаза)
1 – входной патрубок
2 – крышка
3 – выхлопная труба
4 – корпус (цилиндрический)
5 – корпус (конический)
6 – пылевыпускное
отверстие
• 7 – бункер для пыли
• 8 – выход очищенного газа
113

114.

Считают, что движение частиц пыли в радиальном
направлении к стенкам циклона происходит при равновесии
центробежной силы, отбрасывающей частицу из вращающегося
газового потока, и силы сопротивления движению частицы со
стороны газового потока.
Из равенства этих сил можно получить формулу:
3 (