Екологія. Конспект лекцій для студентів базових напрямів 060101 "Будівництво", 170203 "Пожежна безпека" Затверджено
 Скачать 1.3 Mb.
|
|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” Л.В. Жук ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ для студентів базових напрямів 6.060101 “Будівництво”, 6.170203 “Пожежна безпека” Затверджено на засіданні кафедри екології та охорони навколишнього середовища. Протокол №19 від 19.03.2009 р. Львів – 2009 2 Жук Л.В. Основи екології: Конспект лекцій для студентів базових напрямів 6.060101 “Будівництво”, 6.170203 “Пожежна безпека”. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2009. – 92 с. У конспекті лекцій висвітлено такі теми: основні екологічні проблеми сучасності; біосфера, екосистеми; екологічні фактори; забруднення довкілля відходами виробництва; методи боротьби зі забрудненнями атмосфери; очищення виробничих стічних вод; утилізація твердих відходів виробництва і споживання Укладач Жук Л.В., канд. техн. наук, доц. Відповідальний за випуск Мальований М.С., д-р техн. наук, проф. Рецензенти Мартиняк О.В., канд. техн. наук, доц., Березюк Д.О., канд. техн. наук, доц. 3 ЗМІСТ Лекція 1. Основні екологічні проблеми сучасності ..............................................4 Лекція 2. Біосфера. Екосистеми ............................................................................15 Лекція 3. Екологічні фактори ................................................................................32 Лекція 4. Забруднення довкілля відходами виробництва...................................45 Лекція 5. Методи боротьби зі забрудненнями атмосфери .................................54 Лекція 6. Очищення виробничих стічних вод .....................................................70 Лекція 7. Утилізація твердих відходів виробництва і споживання...................81 4 Лекція 1. Основні екологічні проблеми сучасності Визначення, завдання, значення і структура екології. Основні етапи розвитку екології. Українська екологічна школа. Основні екологічні проблеми сучасності. Джерела екологічної кризи сучасності та її вплив на біосферу. Характеристика сучасної екологічної ситуації в Україні. Концепція сталого розвитку. Визначення, завдання, значення і структура екології. Екологія – це наука, що вивчає взаємодію організмів та їхніх угруповань із середовищем існування. Екологія охоплює широке коло теоретичних та практичних питань: • вивчення різних рівнів біологічної організації (від окремих організмів через популяції та види до екосистем та біосфери загалом), серед яких основним є рівень екосистем (рис.1.1); • принципи і закономірності їхньої структури, функціонування та розвитку; • дослідження суті процесів обміну і перетворення речовини та енергії; • застосування екологічних знань у справі охорони навколишнього середовища та раціонального використання природних ресурсів. Рис.1.1. Рівні організації матерії Термін «екологія» запропонував німецький біолог Ернст Геккель у 1866 році. Екологія – порівняно молода наука, нещодавно нею цікавилося лише невелике коло фахівців. Однак упродовж останніх десятиліть вона почала швидко розвиватись. Цьому сприяла необхідність вирішення таких важливих Рі вень екосис те м Б іос фе ра Тк ан ин ний і ор га нн ий Клі тин ни й Мо леку ляр ни й О рг ані змен ий П опу ля ці йно - ви дов ий належать до сфери компетенції екології 5 проблем сучасності, як раціональне використання природних ресурсів, про- філактика забруднення середовища промисловими відходами та транспортом, запобігання знищенню природних угруповань, збереження генофонду рос- линного і тваринного світу. Екологія дає уявлення про те, як досягти симбіозу техніки, виробництва і природи. Внаслідок появи нових практичних потреб ускладнюється структура екології, з’являються нові підрозділи. Нині існує кілька класифікацій основних складових частин екології. Одні автори приділяють більше уваги загально-філософським і культурним аспектам, другі – соціальним, треті – еколого-економічним, четверті – біоекологічній деталізації. Сучасна екологія, по суті, складається з чотирьох взаємопов’язаних розділів, які поділяють екологію за розмірами об’єктів вивчення: • аутекологія (екологія організмів) вивчає взаємовідносини окремого організму (особини) або груп особин з навколишнім середовищем. Цей розділ екології займається, переважно, визначенням меж стійкості виду і його ставленням до різних екологічних факторів. Аутекологія вивчає також вплив середовища на морфологію, фізіологію та поведінку організмів; • демекологія (екологія популяцій чи видів) вивчає взаємини популяцій чи видів із довкіллям з урахуванням внутрішньопопуляційних та внутрішньо- видових процесів. Демекологія пов'язана з вирішенням таких проблем, як механізми регуляції чисельності організмів, оптимальна густота. Цей розділ екології ще називають популяційною екологією; • синекологія (або біоценологія) вивчає взаємини спільнот живих організмів (на рівні ценозів, екосистем) з довкіллям та їх структурно-функ- ціональну організацію; це вчення про співтовариство рослин, тварин і мікро- організмів, їхню взаємодію одне з одним і з середовищем проживання. • біосферологія, або екологія біосфери (вчення про біосферу) з’ясовує закономірності еволюції біосфери. Це вчення про глобальну екосистему Землі, область системної взаємодії живої та неживої природи. Існують й інші класифікації розділів екології. Наприклад, за Г.Білявським та В.Бровдієм (1995 р.) екологія складається з таких основних блоків: біоекологія; геоекологія; техноекологія; соціоекологія (рис.1.2). Основні етапи розвитку екології. Українська екологічна школа. Перший етап (до 1866 р.) – стародавній. Не буде перебільшенням стверджувати, що екологія «існувала завжди». Первісна людина померла б з голоду без необ- хідних їй знань про поведінку й особливості дичини, якби не мала отриманого від предків і набутого самостійно досвіду «взаємовідносин з довкіллям». У наукових працях учених минулого (Теофаста, Арістотеля та ін.) є чимало фактів про вплив кліматичних змін на рослини і тварини, про особливості 6 живих істот, ознаки пристосування до умов середовища проживання тощо. Це період «наївної екології», коли окремі її елементи з’являлися в працях ботаніків, зоологів – період накопичення екологічних фактів. Рис. 1.2. Структура сучасної екології Сучасна наука про довкілля Теоретична екологія Біологічні науки (екологія живих організмів) Практична екологія Геоекологічні науки Техноекологічні науки Соціоекологічні науки Екологія людини Екологія мікросвіту Екологія рослин Екологія тварин Екологія гідросфери Екологічне право Енергетика і екологія Екологічна освіта Військова діяльність і екологія Екологія літосфери Екологія атмосфери Ландшафтна екологія Промисловість і екологія Транспорт і екологія Сільське господарство і екологія Космічна діяльність і екологія Наукова діяльність і екологія Екологічна етика Екологія і демографія Урбоекологія Національна екополітика Екологічний менеджмент і маркетинг Економіка природокористування Міжнародна екополітика 7 Екологія дуже довго розвивалася як частина біології, загального вчення про світ живого. Другий етап (до 30-х років XX ст.) – аутекологічний. Це період виявлення закономірностей у стосунках тварин і рослин з різноманітними абіотичними факторами, внутрішніх екологічних досліджень та визначення «екосистем». Екологія того часу будувалася на працях Ч. Дарвіна, О. Гумбольдта, Е. Геккеля, і полягала у дослідженні впливу фізичних (температура, освітлення тощо) та хімічних (склад води та ін.) чинників довкілля на життєдіяльність окремої особини чи цілого виду. Третій етап (1930 – 1970 рр.) – синекологічний. На цьому етапі дос- ліджували великі групи організмів (популяцій та їх об'єднань) з погляду взаємодії окремих особин і популяцій різних видів істот між собою. Великою заслугою цього етапу екології є залучення такого могутнього інструменту як вища математика (насамперед диференціальних рівнянь). Вперше екологи застосували теоретичне моделювання розвитку подій у живому довкіллі. Саме тоді запроваджено поняття «екосистема», «біогеоценоз», сформу- льовано основні екологічні закони. До найвизначніших екологів цього періоду належать такі зарубіжні вчені, як Г. Бердон-Сандерсон, У. Елтон, А. Тенслі С. Форбс, В. Шелфорд та вітчиз- няні Д. Кашкаров, А. Парамонов, В. Вернадський, С. Сєверцев, В. Сукачов. Четвертий етап (1970 р. – дотепер) – мегаекологічний, або період глобальної екології. Домінували уявлення про «пов'язаність усього з усім», необхідність одночасного і якнайточнішого врахування взаємодії між собою та з довкіллям усіх видів і варіантів живого. Одночасно виникли і стали стрімко розвиватися десятки галузей, розділів і підрозділів сучасної екології. Перші спроби екологічного підходу до природоохоронної справи в Україні відомі ще з часів Ярослава Мудрого. В його "Руській правді" – правничому кодексі Київської Русі (початок XI ст.) – вже існувала чітка система правової оцінки використання ресурсів і передбачалася кара за збитки, завдані довкіллю. За шкоду, заподіяну диким звірам і птахам, каралося так суворо, як і за негідні вчинки щодо людини. У часи Гетьманщини (ХVІ–ХVІІІ ст.) ці природоохоронні традиції зберігалися і поширювалися. Як і в княжі часи, регламентуються охорона лісів і байраків, полювання, рибальство, бджільництво та садівництво. У зібранні Малоросійських прав (1807 р.) сказано: "Хто соколине гніздо пошкодить, підрубає чи навмисно його скине, чи з собою молодих соколів забере ... повинен заплатити ...". Вагомим внеском в розвиток української екологічної школи стали дослідження українських чорноземів В.В. Докучаєвим (1846–1903); резуль- 8 тати цих досліджень викладено в книзі вченого «Руський чорнозем». Ство- рений і очолюваний ним Ново-Александріївський інститут сільського госпо- дарства та лісівництва (нині Кіровоградська обл.) став осередком інтенсив- ного розвитку ґрунтознавства. Перший науковий центр екологічних досліджень в Україні створено у 1930 році. Це був сектор екології в Інституті зоології та ботаніки Харківського державного університету. Дослідження в галузі екології, виконані в цьому центрі В.В. Станчинським (1930–1940 рр), були піонерськими й оригіналь- ними. Його праця «До розуміння біоценозу» (1933 р.) є класичною в області вивчення зв'язків між організмами в ценотичних системах. Відкриття нашого земляка В.І. Вернадського, першого президента Акаде- мії наук України, посідають особливе місце в історії екології. Він довів наяв- ність широкомасштабного впливу живих організмів на абіотичне середовище, запропонував вчення про біосферу як про оболонку Землі, що визначається присутністю живої речовини. В.І. Вернадський вперше запровадив у вивчення біосфери кількісний підхід, що дозволило об'єктивно оцінити масштаби біогеохімічного кругообігу речовин. Вчення В.І. Вернадського про ноосферу додатково узагальнило численні дані про нерозривність зв'язку людини з природним середовищем. У повоєнний період увага українських екологів спрямовувалась на вивчення техногенних і урбогенних впливів на природні екосистеми (Ількун, Тарабрін, Кондратюк, Кучерявий). Екологи України зробили вагомий внесок у розробку методів оцінки рівня радіоактивного забруднення великих територій та обґрунтування заходів зниження екологічних збитків від наслідків аварії на Чорнобильській АЕС. Основні екологічні проблеми сучасності. Наукові досягнення ХХ сто- ліття створили ілюзію про майже повну керованість світом, однак господар- ська діяльність людського суспільства, екстенсивне використання природних ресурсів, величезні масштаби відходів – все це входить у суперечність з можливостями планети (її ресурсним потенціалом, запасами прісних вод, здатністю біосфери до самоочищення). Діяльність людської цивілізації дедалі більше охоплює біотичні й абіотичні ланки довкілля, поступово змінюючи його під свої потреби (цей вплив людини на довкілля названо техногенезом, а ті частини біосфери, атмосфери, гідросфери і літосфери, які перебувають під техногенним впливом людської цивілізації, — «техносферою»). Техногенне освоєння значної час- тини планети Земля, поряд із задоволенням потреб людської цивілізації (освоєння нових ресурсів, створення нових комунікацій, джерел енергії, засобів швидкого пересування і комфортного стилю життя тощо), дедалі 9 більше деформує, пригнічує, руйнує і винищує її біоту, забруднює атмосферу і гідросферу, призводить до деградації ґрунтів, порушує природну цілісність та геохімічну природність земної кори. Антропогенна діяльність загрожує природі у планетарному масштабі. Згідно зі спеціальною доповіддю «Становище в світі», що публікує щорічно Інститут спостережень за світом (Worldwatch Institute, USA), основними глобальними екологічними проблемами вважають проблеми енергоресурсів, харчування, знеліснення територій, скорочення біорізноманіття, забруднення атмосфери, коливання клімату, руйнування озонового шару, великої кількості відходів, пандемії СНІДу. Енергоресурси. Упродовж ХХ століття споживання енергії та сировини збільшилося більше ніж у 10 разів. З надр Землі було видобуто корисних копалин більше ніж за всю попередню історію людства. І потреби в них у найближчі десятиліття збільшаться удвічі, хоча прогноз добування і виробництва енергоносіїв не дає підстав сподіватися на їхню реалізацію. Харчування. Забруднення і зростання дефіциту прісної води може стати однією з перешкод збільшення виробництва сільськогосподарської продукції. Прісна вода становить лише 2 % всіх водних ресурсів Землі, її кількість дорівнює 3 ⋅10 16 тонн (з них 86 % в сніжно-льодових утвореннях, 13 % – в підземних водах і тільки 1 % – в озерах, річках та ґрунті). На кожного жителя Землі припадає близько 9 тис. м 3 води (йдеться про доступну питну воду з річок і озер). Сьогоднішні запаси прісної води на душу населення удвічі менші, ніж були 50 років тому, і в майбутньому вони далі зменшуватимуться. Для забезпечення населення світу чистою питною водою і каналізацією, які відповідають санітарним нормам, необхідно, за підрахунками вчених, понад 36 млрд. доларів на рік – а це приблизно 4 % світових військових витрат. Ще однією складовою проблеми харчування є використання генетично модифікованих організмів (ГМО) – живих організмів, які містять штучно вбудований ген. Приміром, сою збагачують геном петунії (це робить її стійкою до комах), картоплю – геном ґрунтової бактерії (через це її стебла і листя самі виробляють пестициди, смертельні для колорадського жука), отримано також помідори, які можуть зберігатися кілька місяців при температурі +12°С, рис, збагачений каротином і т.д. ГМО об’єднують три групи організмів – генетично модифіковані мікро- організми (ГММ), тварини (ГМТ) та рослини (ГМР). З якою метою створено ГМО? Для того, щоб поліпшити певні агрономічні та фізіологічні характе- ристики рослин (забезпечити стійкість до окремих гербіцидів, до шкідників та хвороб, до засолення, дії високих та низьких температур); змінити якість кін- цевої продукції (колір, склад, тривалість зберігання, термін дозрівання); сприяти 10 очищенню довкілля від органічних забруднень та важких металів; забезпечити синтез певних сполук у рослинному організмі (зокрема й фармпрепаратів) і використати рослину як фабрику для виробництва певних сполук. Аргументи висувають справді вагомі – генетично модифіковані продукти врятують людство від голоду, адже трансгени вирощувати значно дешевше і вони дають великі врожаї. Такі продукти начебто корисніші за натуральні – в них штучно підвищують кількість вітамінів та мікроелементів, а на деякі покладено функцію ліків. Так, американські вчені працюють над виведенням породи ГМ-курей, яйця яких міститимуть речовини, що запобігають онкозах- ворюванням. Однак вплив ГМО на людський організм до кінця не вивчений. Науковці багатьох країн світу виступають проти поширення цих технологій. Численні дослідження цієї проблеми свідчать, що генетично модифіковані продукти є серйозною небезпекою – і не лише для здоров’я людини, а й для навколишнього середовища. Їхній вплив передбачити неможливо – він детер- мінований у часі. Але вже нині доведено, що трансгени, потрапляючи у наш організм, зумовлюють пухлини, алергії, порушення репродуктивної функції. Сьогодні трансформовано близько 140 видів різних рослин. Водночас комерціалізовано (отримано дозвіл на вирощування у відкритих системах з промисловою метою, на використання як харчових продуктів або як корму для тварин) порівняно малу їх кількість. Реально ж на комерційному ринку в останні роки присутні лише генетично модифіковані лінії сої, кукурудзи, ріпаку, бавовнику, люцерни, папайї та гарбуза. Світовими лідерами у виро- щуванні ГМР є США, Аргентина, Бразилія, Канада і Китай. Площі під різні ГМ культури у 2006 р., становили в цих країнах від 49,8 млн. га у США до 3,3 млн. га в Китаї. Скорочення біорізноманіття. Погіршення природного середовища існу- вання призводить до зникнення багатьох живих організмів, що загрожує порушенням екологічного балансу в природі на різних рівнях. Забруднення атмосфери. Концентрація в атмосфері вуглекислого газу досягла найвищого рівня за останні 160 тис. років і продовжує збільшуватися. Це може спричинити екстремальні природні умови на всій планеті. Фахівці вважають, що близько 80–86 % забруднювачів повітря сконцентровано над розвиненими промисловими районами, 10–15 % – над містами, 1–2 % – над сільською місцевістю, 0,1 % – над центральними районами Світового океану. У великих містах за добу осідає ∼1,5 тонн пилу на кожен квадратний кілометр, а вже за 100 км від нього – приблизно у 100 разів менше. Коливання клімату. У 1992 році в Ріо-де-Жанейро Рамкову Конвенцію з питань зміни клімату підписали 160 країн. Прийняття цієї Конвенції є безумовним визнанням того, що зміна клімату є глобальною проблемою. 11 Збитки, викликані зміною кліматичних умов та глобальним потеплінням, тільки у 1998 р. становили майже 70 млрд. доларів. Кіотський протокол до Рамкової Конвенції ООН про зміну клімату, схвалений у 1999 р., став значним кроком вперед у спробах вирішити цю проблему. Країни, що увійшли до Додатка 1 Протоколу (розвинуті країни та країни з перехідною економікою) домовились зменшити викиди парникових газів до рівня, меншого на 5 % від рівня базового року, у період з 2008 до 2012 року. Для різних країн встановлено різний рівень зниження викидів. Україні необхідно обмежити ріст викидів парникових газів до рівня 1990 року. Зменшення викидів стосується усіх секторів економіки, у т.ч. промисловості, енергетики та транспорту. Знеліснення територій та спалювання лісів для створення додаткових сільськогосподарських угідь сприяють збільшенню емісії парникових газів. Руйнування озонового шару. Озон є захисним бар’єром, який зменшує згубну дію жорстких ультрафіолетових променів. Зменшення вмісту озону в атмосфері загрожує захворюваннями людей і тварин, збільшенням кількості шкідливих мутацій, а також зниженням урожаїв сільськогосподарських культур. Проблема відходів. Збитки від них – це не лише величезні площі землі, зайняті звалищами, териконами, шлакосховищами та ін., а й великі дози токсикантів та радіоактивних забрудників у повітрі, воді та ґрунті. Пандемія СНІДу. У нинішньому столітті людство може зіткнутися з безпосередньою загрозою існуванню цілих популяцій. У деяких африканських країнах ВІЛ-інфіковані становлять до 20–25 % населення. |