Основные понятия и категории экологии

Задание 1. Основные понятия и категории экологии

 

Биосфера – устойчивая система, способная поддерживать подвижное равновесие экосистем, состава атмосферного воздуха, водного режима, плодородия почвы и т.д. благодаря круговороту жизни на Земле.

Экологическая среда – под средой в экологии понимают всю совокупность тел и сил внешнего по отношению к живому организму мира. Выделяют различные экологические факторы среды: абиотические и биотические.

Абиотические факторы – это факторы неорганической (неживой) природы. Это свет, температура, влажность, давление и другие климатические и геофизические факторы; природа – самой среды – воздушный, водный, почвенный, химический состав среды, концентрация веществ в ней.

Кроме того, физические поля (гравитационные, магнитные, электромагнитные), ионизирующая и проникающая радиация, движение сред (акустические колебания, волны, ветер, течение, приливы), сезонные и суточные изменения в природе. Многие абиотические факторы могут быть охарактеризованы количественно и поддаются объективному измерению.

Биотические факторы – это прямые или опосредованные воздействия других организмов, населяющих среду обитания данного организма. Взаимоотношения между организмами сложнее абиотических воздействий, поэтому трудно поддаются прямому измерению. Особую группу составили антропогенные факторы, порожденные деятельностью человека, человеческого общества. Часть их связана с хозяйственным изъятием природных ресурсов, нарушением естественных ландшафтов. Это вырубка лесов, распашка степей, осушение болот, промысел растений, рыб, птиц и зверей, замена природных комплексов сооружениями, коммуникациями, свалками и пустырями.

Другие антропогенные воздействия обусловлены загрязнением природной среды, в том числе среди обитания человека - воздуха, водоемов, земель побочными продуктами, отходами производства и потребления.

Преобладающая часть антропогенных факторов, связанная с производством, с применением техники, машин, с влияниями промышленности, транспорта, строительства на природно-экологические системы и окружающую человека среду, носит название техногенных факторов.

Нетехногенная часть антропогенных факторов связана в основном с бытом и поведением человека в природе - нетехнизированным промыслом и «активным отдыхом».

Каждый живой организм может нормально существовать и продолжать свой род только в определенной области значений какого-либо из существенных факторов среды. Например, для произрастания кокосовой пальмы нужна (помимо других условий) температура не ниже 25° и не выше 41 градусов, а для сибирской лиственницы средняя температура вегетационного периода должна быть не выше 16 градусов. Для нормального существования наземных животных и человека существуют нижние и верхние пределы температуры, освещенности, концентрации кислорода в воздухе, атмосферного давления, даже объема воспринимаемой информации.

При приближении к экстремальным значениям фактора в организме наступают нарушения отдельных функций и нормальной жизнедеятельности в целом (состояние стресса).

Критическим называется то значение фактора и соответствующее ему состояние организма, при котором эти нарушения обратимы, когда еще сохраняется способность к самовосстановлению после прекращения негативного воздействия. Если же нарушения необратимы и ведут к неизбежной гибели организма, то такое условие и состояние называется летальным.

Для разработки нормативов экологической безопасности определяют переносимость вредных воздействий и устанавливают различные дозы воздействий (ПДК, ПДД – предельно допустимые дозы, ПДУ – предельно допустимые уровни воздействия). В совокупности условий существования почти всегда можно выделить фактор, который сильнее других влияет на состояние организма.

 

Задание 2. Сущность и содержание основных процессов в экологии

экологический страхование природоохранный загрязнение

Экология как наука рассматривает системы, звенья и члены которых находятся в тесной взаимосвязи и взаимозависимости. Из этого вытекает необходимость учета множества факторов при анализе тех или иных экологических явлений и тем более при планировании любых вмешательств в экосистемы. Такой подход, в свою очередь, невозможен без комплексного метода изучения, оценки и решения тех или иных экологических задач. По этим же причинам очевидна тесная связь экологии с другими науками, сведениями из которых необходимо не только располагать, но и уметь их грамотно использовать. К таким наукам относятся: биология, география, почвоведение, гидрология, химия, физика и другие отрасли знаний. Важно также уметь пользоваться необходимой информацией из различных отраслей хозяйства и свойственных им технологических процессов.

Обычно различают три вида систем: 1) изолированные, которые не обмениваются с соседними ни веществом, ни энергией, 2) закрытые, которые обмениваются с соседними энергией, но не веществом (например, космический корабль), и 3) открытые, которые обмениваются с соседними и веществом, и энергией. Практически все природные (экологические) системы относятся к типу открытых. Существование систем немыслимо без связей. Последние делят на прямые и обратные. Прямой называют такую связь, при которой один элемент (А) действует на другой (В) без ответной реакции. Примером такой связи может быть действие древесного яруса леса на случайно выросшее под его пологом травянистое растение или действие солнца на земные процессы. При обратной связи элемент В отвечает на действие элемента А. Обратные связи бывают положительными и отрицательными. И те и другие играют существенную роль в экологических процессах и явлениях. Положительная обратная связь ведет к усилению процесса в одном направлении.

Отрицательная обратная связь действует таким образом, что в ответ на усиление действия элемента А увеличивается противоположная по направлению сила действия элемента В. Такая связь позволяет сохраняться системе в состоянии устойчивого динамического равновесия. Это наиболее распространенный и важный вид связей в природных системах. На них прежде всего базируется устойчивость и стабильность экосистем. Пример такой связи - взаимоотношение между хищником и его жертвой. Одно из отрицательных проявлений деятельности человека в природе связано с нарушением этих связей, что может привести к разрушению экосистем или переходу их в другое состояние. Например, умеренное загрязнение водной среды органическими и биогенными (необходимыми для жизнедеятельности организмов) веществами обычно. Универсальное свойство экосистем - их эмерджентность (англ. эмердженс - возникновение, появление нового), заключающееся в том, что свойства системы как целого не являются простой суммой свойств слагающих ее частей или элементов. Недоучет эмерджентности может приводить к крупным просчетам при вмешательстве человека в жизнь экосистем или при конструировании систем для выполнения определенных целей.

Энергетические процессы в экосистемах подчиняются первому и второму началам термодинамики. В соответствии с ними энергия не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую (первое начало термодинамики). При этом часть энергии при любых ее превращениях рассеивается (теряется) в виде тепла (второе начало термодинамики). Мерой необратимого рассеивания энергии является энтропия (греч. эн - внутрь, тропе - превращение). Последнюю можно характеризовать и через степень упорядоченности системы.

Основным свойством нормально функционирующих природных экосистем является способность извлекать негэнтропию из внешней среды (солнечную энергию) и тем самым поддерживать свою высокую упорядоченность.

Деятельность человека, если она превышает определенные пределы, ведет к снижению негэнтропии систем, а следовательно, уменьшает их способность поддерживать себя в устойчивом состоянии вплоть до перехода к полной неупорядоченности (максимальной энтропии) и гибели.

 

Задание 3. Эколого-экономическая ситуация. Оценка ущерба, наносимого предприятием и эффективности природоохранных мероприятий

 

Задача 1.

1. Исходные данные

В районе действует тепловая электростанция (ТЭС), работающая на кузнецком угле.

В процессе эксплуатации ТЭС в атмосферный воздух попадают примеси в виде аэрозолей и газообразных веществ. Массы годового поступления выбросов (mj) по видам составляют:

а) группа аэрозолей: m1 – зола угля, m2- пыль угля;

б) группа газообразных веществ: m3- сернистый ангидрид, m4- серный ангидрит, m5- оксиды азота (по NO2), m6- оксид углерода.

Характер выбросов по скорости оседания частиц различен:

а) примеси из группы аэрозолей имеют скорость оседания частиц от 1 до 20 см/с;

б) примеси из группы газообразных веществ имеют скорость оседания менее 1 см/с.

Зона активного загрязнения (ЗАЗ) ТЭС неоднородна и состоит из разных типов территорий (таб.1).

 

Таблица 1. Структура ЗАЗ

№ типа территории	Тип территории	Si	δi
1	Территория населенных мест с плотностью населения (β), равной 3 чел/га	S1	β×0.1
2	Территория промышленных предприятий	S2	4
3	Леса 2-ой группы	S3	0.1
4	Пашни	S4	0.25
5	Территории садовых и дачных участков	S5	8

 

Среднегодовое значение разности температур в устье источника выброса (трубы) и в окружающей среде составляет величину ΔТ. Среднегодовой модуль скорости ветра – у.

По всем загрязняющим веществам (ЗВ) объем выбросов в рассматриваемом году не превышал установленных лимитов. При этом 80% массы каждого из ЗВ находилось в пределах установленного допустимого норматива выброса (mПДВ) и 20% массы – в пределах установленного лимита (mВСВ).

В планируемом году на ТЭС предполагается установка дополнительных газо- и пылеуловителей. Капитальные затраты (К) и годовые эксплуатационные затраты (С) данного мероприятия приведены в таблице 4. расчетный период окупаемости капитальных затрат (t) – 4 года.

В результате проведения природоохранных мероприятий (в планируемом году) ожидается снижение ущерба от загрязнения атмосферного воздуха на 75%; при этом величина поступающих в атмосферный воздух всех видов ЗВ не будет превышать пределов установленных допустимых нормативов (ПДВj).

2. Задание

Определить:

Зону активного загрязнения ТЭС.

Величину ущерба от загрязнения атмосферы ТЭС до проведения природоохранного мероприятия.

Сумму платежей за загрязнения атмосферы в текущем году.

Суммарный эффект запланированных природоохранных мероприятий.

3. Методика расчетов

Определение ЗАЗ.

Источником загрязнения является труба ТЭС (согласно классификации – организованный источник). Для подобных источников ЗАЗ представляет собой кольцо, заключенное между окружностями с радиусами:

 

,

,

 

h - высота источника, м

φ - безразмерная поправка, вычисляемая по формуле

 

 

 разность температур в устье  трубы и в ОС, град.

Вычислив радиусы, находим площадь ЗАЗ по формуле:

 

 

Площадь ЗАЗ выразить в гектарах (1га = 10000 м2).

h = 300 м

 

 

 м

 

 

 

Определение ущерба от загрязнения атмосферы (U = γδf М)

Показатель удельного ущерба атмосферному воздуху (γ), наносимого выбросом единицы массы ЗВ, для Уральского экономического района принимается равным 67,4 руб./усл. т (Методика определения предотвращенного экологического ущерба. М., 1999. – 71С.).

Показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над ЗАЗ (δ) следует рассчитать, поскольку ЗАЗ неоднородна и состоит из 5 типов территорий (пункт 1.4.). Каждому типу территории (Si) соответствует табличное значение константы δi. Усредненное значение δ для всей ЗАЗ определяют по формуле:

 

 

 

Приведенная масса годового выброса ЗВ (М = Мобщ.) рассчитывается как сумма газообразных и аэрозольных примесей:

 

Мгаз. + Маэр. (усл. т/год)

 

а) значение приведенной массы годового выброса газообразных примесей определяется по формуле:

 

 

Мгаз. = ;

 

 

б) годовая масса аэрозольных примесей рассчитывается аналогично:

 

Маэр. = ;

 

 

 

Таблица 2. Значение показателя относительной агрессивности вещества (Аj)

Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу	Значение параметра Аj (усл. т\т)
1. Зола угля	84
2. Пыль угля (недожог)	48
3. Сернистый ангидрид (SO2)	22
4. Серный ангидрит (SO3)	49
5. Оксиды азота (по NO2)	41.1
6. Оксид углерода (СО)	1

 

Значение множителя f – поправки, учитывающей характер рассеивания примесей в атмосфере, определяется следующим образом:

а) для газообразных примесей с очень малой скоростью оседания (менее 1 см/с) принимается, что

 

f1 = fгаз. = × ,

 

 

б) для частиц, оседающих со скоростью от 1 до 20 м/с (в данной задаче – группа аэрозольных примесей), принимается, что

 

f2 = fаэр. = × ,

 

 

Определение ущерба от загрязнения атмосферы. Общий ущерб слагается из суммы ущербов от двух видов примесей – газообразных и аэрозольных, с двумя различными параметрами f (пункт 3.2.4.), поэтому

 

Uобщ.=Uгаз.+Uаэр.=(γ×δ×fгаз.×Мгаз.)+(γ×δ×fаэр.×Маэр.) = γ×δ (fгаз.× Мгаз.+fаэр. ×Маэр.).

 

 

 

 

Расчет платежа за загрязнение атмосферы

Общая сумма платежа определяется по формуле:

 

Побщ. = П1+П2+П3;

 

По условию задачи (пункт 1.6.) объем выбросов по всем загрязняющим веществам не превышает установленных лимитов, значит