Влияние атмосферных загрязнителей на биосферу
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
Безопасность жизнедеятельности
Часть 2
Экологические аспекты БЖД
Конспект лекций
Под общей редакцией доц., канд. техн. наук А.А.Волковой
Екатеринбург
2006
УДК 355.244.22 (075.8)
ББК 68.9 я 73
Б 40
Рецензенты:
| Д.Н.Доронин– | главный конструктор аглодоменного оборудования, председатель секции научно-технического совета («Уралмаш – Металлургическое оборудование»); |
| В.Б.Соснин– | заместитель руководителя департамента труда и социальных вопросов (Министерство экономики и труда Свердловской области) |
Авторы: а.а.Волкова, В.Г.Шишкунов, Э.Л.Боксер, Г.В.Тягунов
Б 40 безопасность жизнедеятельности: конспект лекций:
в 4 ч. ч.2: Экологические аспекты БЖД/А.А.Волкова, В.Г.Шишкунов, Э.Л.Боксер, г.В.Тягунов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2006. 96 с.
ISBN 5-321-00750-0
Содержание второй части конспекта составляет раздел «Экологические аспекты БЖД». В нем приводится характеристика антропогенных и техногенных воздействий на атмосферу, воду и почву, а также способы защиты среды обитания от этих воздействий. Рассмотрены основы природоохранного законодательства.
Библиогр.: 13 назв. Рис. 31.Табл. 3.
УДК 355.244.22 (075.8)
ББК 68.9 я 73
| ISBN 5-321-00750-0 | © ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ», 2006 ©А.А.Волкова, В.Г.Шишкунов,Э.Л.Боксер, г.В.Тягунов, 2006 |
Часть 2
1. Экология и охрана окружающей среды
Экология является научной базой охраны окружающей среды, или охраны природы. Человек является частью природы, поэтому, выделяя его, последнюю называют окружающей средой.
Охрану окружающей средыможно определить как область знаний, разрабатывающую комплекс мероприятий, направленных на поддержание рационального взаимодействия между деятельностью человека и окружающей природной средой, обеспечивающих сохранение, восстановление природных богатств, рациональное использование природных ресурсов, предупреждающих вредное влияние результатов хозяйственной деятельности общества на природу и здоровье человека.
К этому комплексу относятся законодательные, организационные, санитарно-гигиенические, инженерно-технические и другие мероприятия, предупреждающие или снижающие вредное воздействие деятельности человека на биологические системы.
В настоящее время получили распространение такие термины, как «инженерная экология», «промышленная экология» и т.п., которые, по мнению специалистов, не согласуются с понятием «экология» и не являются какими - то новыми разделами экологической науки. Решение экологических задач инженерными средствами не может рассматриваться в качестве экологии, хотя для этого и необходимы экологические знания.
К компетенции охраны окружающей среды как области знаний и профессиональной деятельности относятся такие вопросы, как очистка сточных вод, вентиляционных выбросов, защита от шума, захоронение радиоактивных веществ, создание малоотходных технологий и т.п.
1.1. Экологические аспекты взаимодействия природы
и общества
Вся история человечества есть процесс развития взаимоотношений между человеком и природой. Необходимо сознавать, что не зависящие от человека (внешние) изменения могут сыграть основную роль в нарушении существующего равновесия природных факторов. Изменение орбиты Земли, извержения вулканов приводят к последствиям, превышающим все мыслимые последствия от человеческой деятельности. Управлять этими событиями и даже предвидеть их мы пока не в состоянии. Примерами проявления этих могучихсил природы явились периоды оледенения Земли (ледниковые периоды), связанные со снижением солнечной активности из-за изменения орбиты Земли. Извержение одного вулкана способно привести к выделению в атмосферу Земли углекислого газа больше, чем от деятельности человека за весь период его существования.
Природопреобразующая деятельность людей, явившаяся новой движущей силой развития природы, называется «антропогенным фактором». Развивающееся промышленное производство оказывает большое влияние на изменение природных экологических систем. Преобразованные экосистемы и возникшие новые в результате сознательного воздействия человека на природу называют «искусственными экосистемами». Главными негативными последствиями влияния антропогенного фактора на природную среду являются загрязнение воздуха, воды и поверхности Земли, а также интенсивное истощение ее минеральных ресурсов. В процессе трудовой деятельности происходит взаимное изменение природы и самого человека. В середине XXвека загрязнение атмосферы за счет хозяйственной деятельности повысилось на 20 %. Ежегодно доля углекислого газа в воздушном бассейне увеличивается на 0,2 %. В начале 90-х годов объем остаточных продуктов производства и потребления в мире, включая загрязнители атмосферы, твердые и органические отходы, достигли 40 млрд. тонн.
На планете распространено свыше 4 млн. химических соединений, токсичность действия которых изучена только в отношении 40 тысяч, а влияние других исследовано еще недостаточно.
В мире расходуется объем чистой воды, равный 40 % годового стока рек. При таких темпах водопотребления к концу века все мировые ресурсы пресной воды могут быть исчерпаны.
Объем атмосферного кислорода уменьшается на 10 млрд. тонн в год, что может создать в середине XXIвека ряд опасных для жизни проблем.
Оценивая в целом взаимодействие природы и общества, можно сделать следующие выводы:
1) любая деятельность в экологическом отношении потенциально опасна;
2) в процессе природопользования необходимо прогнозировать возможные экологические последствия применения новых технологий, химических веществ, объектов;
3) экологический кризис не является неизбежным. Отрицательные последствия могут быть предупреждены экологически грамотным природопользованием;
4) охрана окружающей среды, или охрана природы, состоит в том, чтобы правильно пользоваться её ресурсами, свести к минимуму необходимость специальных природоохранных мероприятий, компенсируя возможные неблагоприятные последствия соответствующими восстановительными работами.
Экологические факторы
Экологический фактор – это любое условие среды, к которому приспосабливается организм.
Экологический фактор может быть абиотическим (неживым) и биотическим (живым).
Абиотические факторы – это климатические (свет, температура, влага, движение воздуха, давление), эдафогенные (механический состав, плотность, влагоемкость и воздухопроницаемость почв), орографические (рельеф, высота над уровнем моря), химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, кислотность почв).
Биотические факторы – это фитогенные (влияние растений), зоогенные (влияние животных) микробиогенные, антропогенные.
Живой организм может существовать в некотором определенном интервале значений факторов. Чем шире этот интервал, тем больше устойчивость (толерантность) данного организма.
1.3. Особенности взаимодействия общества и природы
на современном этапе
В условиях научно-технической революции все более усложняются взаимоотношения человека с окружающей его природной средой. НТР порождает невиданные ранее возможности для эксплуатации сил природы, но вместе с тем и для ее загрязнения, разрушения, уничтожения. Естествоиспытатель П. Тремо писал: «Человеческие проекты, не считающиеся с великими законами природы, приносят только бедствия...».
Современный этап воздействия человека на природу является антропогенным и характеризуется следующими особенностями:
1) в систему воздействия человека на природу включается новый элемент – его разум, позволяющий осуществлять целенаправленную эксплуатацию природы, вооружив людей орудиями труда, которые во много раз усиливают воздействие человека на окружающую среду;
2) влияние антропогенного фактора на окружающую среду характеризуется постоянным ростом давления на природу в меру совершенствования средств труда и пространственного расширения деятельности человека: прямого (экстенсивного) и по растущему числу сфер (интенсивного);
3) исключительную значимость в деятельности антропогенного фактора играет все большее ускорение развития человечества. В этих условиях природа не успевает восстановить равновесие экологических систем, нарушенное вмешательством человека;
4) возрастает использование человеком ресурсов природы;
5) происходит целенаправленное изменение человеком природы (ландшафтов, растений, животных) и биоценоза (совокупность живых компонентов) отдельных регионов;
6) происходит нарастание все более масштабных побочных, часто непредвиденных и не предполагавшихся, последствий человеческой деятельности.
Поскольку существует физическая зависимость человеческого организма от земных условий, все историческое развитие общества, человечества, его будущее необходимо рассматривать в неразрывном единстве с развитием, с будущим природы всей планеты, ее биосферы, поэтому целесообразно обратиться к компонентам биосферы, без которых невозможна жизнь человека, т.е. к природным ресурсам Земли.
Природные ресурсы Земли делят на неисчерпаемые и исчерпаемые. Последние, в свою очередь, делят на возобновимые и невозобновимые (рис. 1).
Рис.1. Структурная схема природных ресурсов
К неисчерпаемым природным ресурсам можно отнести солнечную радиацию, энергию морских волн, энергию ветра и энергию земных недр. С учетом огромных масс воздушной и водной сред планеты неисчерпаемыми считают атмосферный воздух и воду.
Однако под влиянием антропогенного фактора химический состав и физическое состояние атмосферы и гидросферы начали изменяться. Качественное изменение воздуха и воды приводит к потере их биологической ценности и к ограничению возможности их технического использования.
При современной технологии использования атмосферного воздуха и вод эти ресурсы правомочно считать неисчерпаемыми только при реализации крупномасштабных затрат на восстановление их качества. Восстановление или наращивание исчерпаемых возобновимых ресурсов (при этом они могут становиться практически неисчерпаемыми) является одной из важнейших задач рационального природопользования.
Рассмотрим источники загрязнения атмосферы, воды и почвы и способы уменьшения загрязнений природной среды.
2. Атмосфера
Масса воздушной оболочки планеты определяется астрономической цифрой в 5,2∙1015 т. В атмосфере выделяют пять основных слоев: тропо-сферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу; основная масса воздуха (до 90 %) размещается в пределах тропосферы – приземного слоя атмосферы высотой от 8 до 18 км. Атмосферный воздух в нижних слоях атмосферы представляет собой практически неизменную смесь газов (в процентах): азота – 78,084, кислорода – 20,946, аргона – 0,934, диоксида углерода – 0,027 и 0,009 водорода, неона, гелия, криптона, метана и др.
Молекулярный азот N2, являющийся относительно инертным газом, составляет основную массу атмосферы (3,7∙1015 т) и имеет исключительно длительный цикл обновления в процессе фотосинтеза (он измеряется многими тысячами лет, в отличие от диоксида углерода, разлагающегося менее чем за 4 года).
Роль атмосферы в жизни планеты
Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле.
Атмосфера:
– участвует в формировании климата на планете;
– регулирует тепловой режим планеты;
– способствует перераспределению тепла у поверхности;
– предохраняет Землю от резких колебаний температуры. При отсутствии атмосферы и водоемов температура поверхности Земли в течение суток колебалась бы в интервале 200 0С;
– благодаря наличию кислорода атмосфера участвует в обмене и круговороте веществ в биосфере. В современном состоянии атмосфера существует сотни миллионов лет, все живое приспособлено к строго определенному ее составу;
– газовая оболочка защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей;
– атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов;
– в атмосфере распределяются и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение;
– атмосфера является средой, где распространяется звук.
Из–за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом пространстве, а окружает Землю, вращается вместе с ней.
Состав атмосферы
Основной (по массе) компонент воздуха – азот. В нижних слоях атмосферы его содержание составляет 78,08 %. В газообразном состоянии азот инертен, а в соединениях в виде нитратов он играет важную роль в биологическом обмене веществ.
Самый активный в биосферных процессах газ атмосферы – кислород. Содержание его в атмосфере составляет около 20,94 %. Кислород поглощают животные в процессе дыхания и выделяют растения как обычный продукт фотосинтеза.
Важная составляющая часть атмосферы – диоксид углерода (CO2), который составляет ~ 0,03 % ее объема. Он существенно влияет на погоду и климат на Земле. Содержание диоксида углерода в атмосфере не постоянно. Он поступает в атмосферу из вулканов, горячих ключей, при дыхании человека и животных, при лесных пожарах, потребляется растениями, хорошо растворяется в воде. Количество растворенного углекислого газа в океане 1,3 –1,014 %.
В небольших количествах в атмосфере содержится оксид углерода (CO). Инертные газы: аргон, гелий, неон, криптон, ксенон. Из них больше всего аргона – 0,934 %. В состав атмосферы входят также водород и метан. Инертные газы попадают в атмосферу в процессе непрерывного естественного радиоактивного распада урана, тория, радона.
В верхних слоях стратосферы расположен в небольшой концентрации озон. Поэтому эту часть атмосферы часто называют озоновым экраном. Озон играет большую роль в формировании температурного режима нижележащих слоев атмосферы и, следовательно, воздушных течений. Над различными участками земной поверхности и в разное время года содержание озона неодинаково. Его больше в высоких широтах, меньше – в средних и низких. Весной озона больше, чем осенью. Озон является продуктом соединения молекулярного кислорода с атомарным, образующимся под воздействием ультрафиолетовых солнечных лучей. Общее содержание озона в атмосфере невелико – 2·10 –6 %, но он отражает до 95 % ультрафиолетовых лучей, что предохраняет живые организмы от их губительного действия. Задерживая до 20 % инфракрасных излучений, достигающих Земли, озон повышает утепляющее действие атмосферы. На формирование озонового экрана влияет наличие в стратосфере хлора, оксидов азота, водорода, фтора, брома, метана, обусловливающих фотохимические реакции разрушения озона.
Помимо газов в атмосфере имеются вода и аэрозоли. В атмосфере вода находится в твердом (лед, снег), жидком (капли) и газообразном (пар) состоянии. При конденсации водяных паров образуются облака. Полное обновление водяных паров в атмосфере происходит за 9 – 10 суток.
В атмосфере также встречаются вещества и в ионном состоянии до нескольких десятков тысяч в 1 см3 воздуха.
Загрязнители атмосферы
Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество или биологический вид (в основном микроорганизмы), попадающие в окружающую среду или образующиеся в ней в количестве выше естественных. Под атмосферным загрязнениемпонимают присутствие в воздухе газов, паров, частиц, твердых и жидких веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияют на человека, животных, растения, климат, материалы, здания и сооружения.
Классификация загрязнителей
По происхождению загрязнения делят:
- на природные, вызванные естественными, часто аномальными, процессами в природе;
- антропогенные,связанные с деятельностью человека.
С развитием производственной деятельности человека все большая доля в загрязнении атмосферы приходится на антропогенные загрязнения.
По степени распространения загрязнения подразделяют:
- на локальные, связанные с городами и промышленными регионами;
- глобальные, влияющие на биосферные процессы в целом на Земле и распространяющиеся на огромные расстояния. Поскольку воздух находится в постоянном движении, вредные вещества переносятся на сотни и тысячи километров. Глобальное загрязнение атмосферы усиливается в связи с тем, что вредные вещества из нее попадают в почву, водоемы, а затем снова поступают в атмосферу.
По видам загрязнители атмосферы разделяют:
- на химические– пыль, фосфаты, свинец, ртуть. Они образуются при сжигании органического топлива и в процессе производства строительных материалов;
- физические. К физическим загрязнениям относят тепловые (поступление в атмосферу нагретых газов); световые (ухудшение естественной освещенности местности под воздействием искусственных источников света); шумовые (как следствие антропогенных шумов); электромагнитные (от линий электропередач, радио и телевидения, работы промышленных установок); радиоактивные, связанные с повышением уровня поступления радиоактивных веществ в атмосферу. Развитие атомной энергетики сопровождается ростом радиоактивных отходов, образующихся при добыче и переработке ядерного топлива. Активность этих отходов нарастает с каждым годом и в недалеком будущем составит 1,11×1022 Бк, что представляет серьезную опасность для окружающей среды;
- биологические. Биологические загрязнения в основном являются следствием размножения микроорганизмов и антропогенной деятельности (теплоэнергетика, промышленность, транспорт, действия вооруженных сил);
- механические загрязнения связаны с изменением ландшафта вследствие различного строительства, прокладки дорог, каналов, сооружения водохранилищ, добычи полезных ископаемых открытым способом и т.д.
Влияние атмосферных загрязнителей на биосферу
2.3.2.1.Влияние СО2
одним из основных по массе загрязнителей атмосферы является углекислый газ. В XX в. наблюдается рост концентрации CO2 в атмосфере, доля которого с начала века увеличилась почти на 25 %, а за последние 10 лет – на 13 %. Выброс CO2 в окружающую среду неразрывно связан с потреблением и производством энергии.
Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа, связанная с повышением температуры вследствие так называемого парникового эффекта.
Сущность этого явления заключается в том, что ультрафиолетовое солнечное излучение достаточно свободно проходит через атмосферу с повышенным содержанием CO2 и метана CH4. Отражающиеся от поверхности инфракрасные лучи задерживаются атмосферой с повышенным содержанием CO2, что приводит к повышению температуры, а следовательно, и к изменению климата. Анализ наблюдений за последние 100 лет свидетельствует, что самыми тяжелыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. В Северном полушарии поверхностная температура в настоящее время на 0,4 0С выше, чем в 1950 – 1980-е г. В будущем предполагается дальнейший рост температуры, примерно на 2–4 0С к 2050 г. Поэтому за счет таяния ледников и полярных льдов в ближайшие 25 лет ожидается повышение уровня Мирового океана на 10 см.
Наряду с этими прогнозами имеются данные, свидетельствующие о том, что концентрация диоксида углерода в атмосфере является не единственным фактором, влияющим на ее температуру. Согласно этим данным, имеют место также эффекты охлаждения за счет твердых частиц, причем наибольшее воздействие в глобальном масштабе из всех твердых частиц оказывают тонкодисперсные пыли, поскольку они не оседают и остаются в верхних слоях атмосферы, откуда не удаляются ни с дождем, ни какими-либо другими путями. Эти пылевые облака отражают солнечный свет, и дальнейшее увеличение содержания вещества в атмосфере в виде частиц могло бы в будущем привести к ненормальному понижению средней температуры вблизи поверхности земли. Оценка содержания твердых частиц в атмосфере за период 1850–1970-х г. показала рост примерно на 50 %. Предполагают, что дальнейшее увеличение содержания твердых частиц еще на 50 % может привести вследствие отражения солнечного света к снижению средней температуры приземного слоя атмосферы на 0,5–1,0 0С.
Влияние пыли
Загрязняющие вещества проникают в организм через органы дыхания. Суточный объем вдыхаемого воздуха для одного человека составляет 6–12 м3. При нормальном дыхании с каждым вдохом в организм человека поступает от 0,5 до 2 л воздуха.
Вдыхаемый воздух через трахею и бронхи попадает в альвеолы легких, где происходит газообмен между кровью и лимфой. В зависимости от размеров и свойств загрязняющих веществ их поглощение происходит по-разному.
Грубые частицы задерживаются в верхних дыхательных путях и, если они не токсичны, могут вызывать заболевание, которое называется пылевой бронхит. Тонкие частицы пыли (0,5–5 мкм) достигают альвеол и могут привести к профессиональному заболеванию, которое носит общее название пневмокониоз. Его разновидности: силикоз (вдыхание пыли, содержащей SiO2), антракоз (вдыхание угольной пыли), асбестоз (вдыхание пыли асбеста) и др.
Наличие пыли в атмосфере, помимо вышеуказанных отрицательных последствий, уменьшает поступление к поверхности Земли ультрафиолетовых лучей. Наиболее сильно влияние загрязнений на здоровье человека проявляется в период смогов. В это время ухудшается самочувствие людей, резко возрастает число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа.
Смог: 1) сочетание пылевых частиц и капель тумана (от англ. smoke – дым и fog – густой туман); 2) термин, используемый для обозначения видимого загрязнения воздуха любого характера.
Интенсивный смог вызывает удушье, приступы астмы, аллергические реакции, раздражение глаз, повреждение растительности, зданий и сооружений (особенно сильно страдают покрытия зданий и скульптурные элементы). Печально знаменит смог 1952 г. в Лондоне. Он унес более 4 тысяч жизней.
Смог ледяной (аляскинского типа) – сочетание газообразных загрязнителей, пылевых частиц и кристаллов льда, возникающих при замерзании водяных капель тумана и пара отопительных систем.
Смог лондонского типа (влажный) – сочетание газообразных загряз-нителей (в основном сернистого ангидрида), пылевых частиц и капель тумана.
Смог фотохимический (лос-анджелесского типа, сухой)– вторичное (кумулятивное) загрязнение воздуха, возникающее в результате разложения загрязняющих веществ солнечными лучами (особенно ультрафиолетовыми). Главный ядовитый компонент – озон (Оз). Дополнительными его составляющими служат угарный газ (СО), оксиды азота (NOх), азотная кислота (НNО3).
Загрязнения атмосферы вредно сказываются и на растениях. Разные газы оказывают различное влияние на растения, причем восприимчивость растений к одним и тем же газам неодинакова. Наиболее вредны для них: сернистый газ, фтористый водород, озон, хлор, диоксид азота, соляная кислота.
Загрязняющие атмосферу вещества отрицательно влияют на сельскохозяйственные растения как за счет непосредственного отравления зеленой массы, так и интоксикации почвы.
К антропогенным процессам относятся разрушения озонового экрана, которые вызываются:
- работой холодильников на фреоне и аэрозольных установках;
- выделением NO2 в результате разложения минеральных удобрений;
- полетами самолетов на большой высоте и запусками ракетоносителей спутников (выброс оксидов азота и паров воды);
- ядерными взрывами (образование оксидов азота);
- процессами, способствующими проникновению в стратосферу соединений хлора, и др.
По оценкам ученых, в настоящее время содержание озона уменьшается ежегодно примерно на 0,1 %. Если выброс фреона будет продолжаться на уровне 1975 г., то уменьшение содержания озона через 50 лет может составить 5–8 %, а через 100 лет – 11–16 %. В ближайшие годы антропогенное воздействие на атмосферу мало повлияет на содержание озона, но приведет к заметному перераспределению его по высоте. Это существенно может изменить климат и вызвать другие негативные последствия.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1259; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!