Задача 5. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы тепличными газами и способствующих развитию парникового эффекта

• Название: Задача 5. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы тепличными газами и способствующих развитию парникового эффекта
• Дата: 19.03.2018
• Размер: 87.5 Kb.
• Имя файла: 28_Zadachi.doc
• Тип: Задача; #38858

Задача №5. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы тепличными газами и способствующих развитию парникового эффекта.

Все виды солнечного излучения (от ультрафиолетового до инфракрасного) достигают земли и нагревают ее. Последняя переизлучает ранее накопившуюся тепловую энергию в вид ИК–излучения в Космос. Переизлученное ИК-излучение интенсивно поглощается некоторыми газами (СО₂, СН₄, NO₂, фреонами). Указанные газы, называемые парниковыми, действуют в атмосфере как стекло в парнике: они беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают тепловое излучение Земли. В результате повышается температура ее поверхности, изменяются погода и климат.

Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленного постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере.

Основным парниковым газом является диоксид углерода: его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65 %. К другим парниковым газам относится метан (около 20%), оксиды азота (примерно 5%), озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы (около 10-25 % парникового эффекта). Всего известно около 30 парниковых газов, их утепляющий эффект зависит не только от количества в атмосфере, но и от относительной активности действия на одну молекулу. Если по данному показателю СО₂ принять за единицу, то для метана он будет равен 25, для оксидов азота – 165, а для фреона – 11000.

Основными антропогенными источниками поступления СО₂ в атмосферу является сжигание углеродсодержащего топлива (уголь, нефть, мазут, метан и др.). Ныне только от теплоэнергетики в атмосферу поступает около 1 т. углерода на человека в год; по прогнозам в первой половине XXI столетия выброс достигнет 10 млрд. т. Согласно Ю.В.Новикову (1998 г.), доли некоторых государств в глобальном выбросе СО₂ таковы: США – 22%, Россия и Китай – по 11%, Германия и Япония – по 5%, остальные страны ­около 46%.

Вследствие парникового эффекта среднегодовая темпе­ратура на Земле за последнее столетие повысилась на 0,3 - 0,6 ^оС. В настоящее время увеличение концентрации СО₂ происходит примерно со скоростью 0,3 - 0,5 % в год. Уве­личивается содержание и других парниковых газов: мета­на - на 1 %, оксидов азота - на 0,2 % в год. По разным ис­точникам, удвоение содержания парниковых газов, кото­рое может произойти во второй половине текущего века, вызовет повышение среднегодовой температуры планеты на 1 - 3,5 ^оС.

Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение уровня Мирового океана многими учеными рассматривается как величайшая катастрофа не только для отдельных экосистем, но и биосферы в целом:

1. В случае повышения уровня океана на 1,5 - 2 м под затопление попадает около 5 млн. км² земель, причем наиболее плодородных и густонаселенных. На них проживает около 1 млрд. человек и собирается почти треть урожая многих сельскохозяйственных культур. Вынужденные переселения народов в глубь матери­ков чреваты военными конфликтами и социальными потрясениями.

2. Помимо подъема уровня океана, потепление клима­та будет сопровождаться увеличением степени неус­тойчивости погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений. Следстви­ем этого, очевидно, явится резкое обострение продо­вольственной проблемы.

3. Уменьшение различий температуры на полюсах и экваторе (в основном за счет более сильного потеп­ления полюсов) вызовет, в свою очередь, подтаива­ние вечномерзлых почв (таковых в России около 2 млн. км²) и высвобождение из них огромных количеств метана, что усилит парниковый эффект.

4. Изменение климата может оказать негативное влияние на здоровье людей как вследствие усиления теплового стресса в южных районах, так из-за распространения многих видов заболеваний.

Вышеизложенное дало основание Международной конференции по проблемам изменения климата (Торонто, 1979 г.) заявить, что «...конечные последствия парниково­го эффекта могут сравниваться только с глобальной ядер­ной войной».­
Задача 6. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы оксидами азота и углерода и способствующих возникновению кислотных дождей.

В последние 15 - 20 лет возникла сложная и трудная экологическая проблема кислотных дождей (рН менее 5,0). При сжигании различных видов топлив, а также с выбросами различных предприятий в атмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота. При взаимодействии их с атмосферной влагой образуется азотная и серная кислоты. К ним примешиваются органические кислоты и некоторые соединения, что в сумме дает раствор с кислой реакцией.

Согласно расчетам, доля диоксида серы в образовании кислых осадков составляет около 70%. Появлению кислых осадков способствует также СО₂; из-за его постоянного присутствия в атмосфере нормальным является рН осадков 5,6.

В дальнейшем кислоты выпадают на поверхность суши или водоема в виде кислотных дождей или иных атмосферных осадков. Отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2 - 2,3, что соответствует кислотности уксуса.

Общее количество выбросов SO₂ и NO₂ в мире ежегодно составляет более 250 млн. т. В пересчете на душу населения количество выбросов (кг/год): в Дании – 4, бывшем СССР – 18, Англии – 32, Польше – 55, Австрии – 8, Германии – 160, Италии – 20, Швеции – 6 (Войткевич Г.В., Вронский В.А., 1996 г.).

Кислые осадки особенно типичны для Скандинавских стран, а также Англии, ФРГ, Бельгии, Дании, Польши, Канады, северных районов США. В городах до 70 - 90% загрязнений в атмосферу, в том числе и способствующих образованию кислых осадков, поставляет автотранспорт.

Отрицательное влияние кислых осадков разнообразно: почвы, водные экосистемы, растения, памятники архитектуры, строения и другие объекты в той или иной степени страдают от них.

Поступая в почву, кислые осадки увеличивают подвижность и вымывание катионов, снижают активность редуцентов, азотфиксаторов и других организмов почвенной среды. При рН, равном 5 и ниже, в почвах резко возрастает растворимость минералов, из них высвобождается алюминий, который в свободной форме ядовит. Кислые осадки также повышают подвижность тяжелых металлов (кадмия, свинца, и ртути). В ряде мест кислые осадки и продукты их действия (алюминий, тяжелые металлы, нитраты и др.) проникают в грунтовые воды, а затем в водоемы и водопроводную сеть, где также способствуют высвобождению из труб алюминия и других вредных веществ. Как результат происходит ухудшение качества питьевой воды.

Действие кислых осадков на водные экосистемы весьма многообразны. Попадая в водные источники, они повышают кислотность и жесткость воды. При рН ниже 6 сильно подавляется деятельность ферментов, гормонов и других биологически активных веществ, от которых зависти рост и развитие организмов. Особенно отрицательное действие проявляется в основном на яйцеклетках и молоди.

Сейчас на Земле насчитываются многие тысячи озер, практически лишившихся своих обитателей. Почти 20% рек и озер Швеции, Норвегии и Канады потеряли более половины обитающих в них организмов. Так, в Швеции в 14 тысячах озер уничтожены наиболее чувствительные виды, а 2200 озер фактически безжизненны. Около 1000 озер в США заметно подкислено, а более 3 тысяч имеют кислотность, неблагоприятную для многих обитателей.

Действие кислых осадков и атмосферных загрязнителей на леса способствует выщелачиванию из растений биогенов (особенно кальция, магния и калия), сахаров, белков, аминокислот. Кислые осадки повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способствуют появлению вспышек численности насекомых. Такие воздействия имеют конечным результатом снижение фитоценозами продуктивности, а нередко и их массовую гибель. Накоплено много данных об отрицательном влиянии кислых осадков на растения через почву, прежде всего, в результате увеличения подвижности алюминия и тяжелых металлов. Свободный алюминий повреждает молодые корни, создает очаги для проникновения в них инфекции, а также вызывает преждевременное старение деревьев.

Особенно сильно повреждаются хвойные леса, что в первую очередь связано с большой продолжительностью жизни их хвои (4-6 лет), обусловливающей накопление в ней относительно больших концентраций токсикантов.

Сейчас особо много внимания уделяется поражению лесов в результате совместного действия традиционных загрязнителей (SO₂, NO₂) и озона. Приземный озон является в основном продуктом фотохимического смога. В его присутствии интенсивно разрушается хлорофилл, причем как в результате прямого влияния, так и через ускорение расходования витамина С, который защищает хлорофилл от окисления.
Задача 7. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы фреонами (хладонами) и озонаторами и способствующих истощению озонового слоя.

В последние годы наблюдается устойчивая тенденция снижения содержания озона в стратосфере. По разным оценкам, в средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило 2 – 10%.

Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой, где его содержание в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40 – 50%. Пространство, в пределах которого регистрируется заметное уменьшение концентрации озона, получило название “озоновой дыры”. В настоящее время “озоновая дыр” вышла за пределы континента и по размерам (10 млн. км²) превышает площадь США.

Меньшая по размерам “дыра” наблюдается и над Арктикой. Отмечается появление т.н. “блуждающих дыр” площадью от 10 до 100 тыс. км² в других регионах, где потери озона достигают 20-40% от нормального уровня (около 0,06 мг/м³). Беспрецедентная аномалия озона, как по уровню его дефицита, так и по размерам затронутой территории, была отмечена в России над районами Восточной Сибири.

Крайне опасные для человека и многих животных последствия истощения озонового экрана - увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Из-за уменьшения концентрации озона только на 1% происходит увеличение интенсивности Уф излучения у поверхности Земли на 15%. В свою очередь, это, согласно официальным данным ООН, приводит к появлению в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи, а также снижению иммунитета как у человека, так и у животных.

Помимо ухудшения здоровья, истощение озонового слоя способствует усилению “парникового эффекта”, снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей среды. Согласно Ю.В. Новикову (1998 г.), проникновение через “озоновые дыры” солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50 – 100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело 2 млн. га. лесов, в 2002 г. – более 1 млн. га.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны (хладоны), которые широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода аэрозольных баллончиках, холодильных установках и т.д.

Будучи чрезвычайно инертными, фреоны минуют тропосферу без изменений. Только в стратосфере они подвергаются фотохимическому разложению по радикальному механизму, например:

_{hv hv}

CFCl₃ CFCl₂ + Cl или CF₂Cl₂ CF₂Cl + Cl
Образовавшиеся активные атомы хлора включаются в циклический процесс разрушения озона:
Cl + O₃ ClO + O₂
ClO + O Cl + O₂




O₃ + O 2O₂
Фреоны способны находится в атмосфере, не разрушаясь 70 - 100 лет, поэтому они всегда достигают озонового слоя и разрушают его. При этом каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тыс. атомов озона. До недавнего времени в мире производилось около 1,3 млн. тон озонирующих веществ. Около 35% производимого

объема приходилось на США, 40% - на страны Евро­пы, 10-12% - Японию,7-10% - Россию.

Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных постав­щиков кислорода в атмосферу. Зарегистрировано также разрушение озона при ядерных взрывах в атмосфере, круп­ных пожарах и других явлениях, сопровождающихся по­ступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и не­которых углеводородов. Установлено также, что уничтожа­ют озон полеты сверхзвуковых самолетов в стратосфере, запуски космических ракет. Только один запуск авиакосмической системы «Шатл» приводит к потерям 10 млн. тон озо­на. 300 таких запусков в год - и практически весь озон бу­дет уничтожен.

В последнее время ученые высказывают предположение о существенном вкладе природных явлений в процессы раз­рушения озона и возникновения «озоновых дыр». К тако­вым относятся, например, 11 - летние циклы солнечной ак­тивности, выход озон разрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры, наличие своеобразных восходя­щих вихрей над Антарктидой, способствующих рассеива­нию озона.

1. Оцените эффективность использования главных (основных) ресурсов месторождения.
2. Опишите воздействие горнодобывающего предприятия на гидросферу.
3. Для почвенной среды характерны небольшие колебания температуры, плотное сложение, наличие в порах свободной воды и воздуха, малое содержание кислорода, большее, чем в атмосферном воздухе.


1. Какие эдафические факторы вы знаете?

2. Назовите факторы почвенной среды, наиболее часто являющиеся лимитирующими.

1. Приведите схему образования и утилизации отходов горнодобывающего предприятия.
2. Предложите методы и способы борьбы с эрозией земель.
3. Ливневые и промышленные сточные воды металлургического комбината поступают в реку Иртыш. Население для питьевых целей использует воду из скважин подрусловых (инфильтрационных) вод реки. Концентрации: бериллий – 0,0001 мг/л, мышьяк – 0,04 мг/л, свинец – 0,09 мг/л, кадмий – 0,002 мг/л, цинк – 1,5 мг/л. Классы опасности: Вi – 1; Cd, Pb, As – 2; Zn – 3.


1. Какие основные источники загрязнения, и какие виды загрязнения воды присутствуют?

2. Предложите схему очистки сточных вод.

3. Определите кратность превышения ПДК веществ

4. Определите интегральный показатель загрязнения воды по классам опасности.


1. Оцените воздействие Горнодобывающего предприятия на окружающую среду. Опишите качественные и количественные показатели.
2. Постройте схему очистки выбросов предприятия, содержащих оксиды серы.
3. В г. Усть-Каменогорске на территории свинцово-цинкового комбината в пробах почвы обнаружены высокие концентрации свинца – 800 мг/кг, на расстоянии 1 км от завода – 600 мг/кг(ПДК – 32), цинка – 1500 мг/кг , 1 км – 500 мг/кг (ПДК – 23), меди – 50 мг/кг, 1 км – 20 мг/кг (ПДК – 3), рН почвы – 4,6:

Какие источники загрязнения (природные, антропогенные) почвы присутствуют? Имеются ли процессы самоочищения почвы? Предложите мероприятия по рекультивации почвы.


1. Какие ресурсы окружающей среды использует ГМ комплекс, дайте экологическую классификацию. При необходимости предложите альтернативный вариант.
2. Постройте блок-схему материального баланса горнодобывающего производства.
3. В результате самовозгорания отвалов (терриконов) в атмосферный воздух выделяется сернистый газ в концентрациях 0,1 мг/м3 (ПДК-0,05), сероводород – 0,01 мг/м3 (ПДК-0,008), окись углерода – 5,0 мг/м3 (ПДК-3,0), продукты смолистых веществ. Население жалуется на головные боли, запах “тухлых яиц”. Классы опасности: SO2 – 3, H2S – 2, CO – 4.


1. Какие источники загрязнения присутствуют?

2. Рассчитайте интегральный показатель комплекса токсических веществ.
1. Опишите геомеханическое воздействие разреза на ОС.
2. Какие горные работы способствуют интенсивному пылеобразованию, и какие мероприятия проводятся для снижения воздействия.
3. В г. Балхаше в радиусе 3-х км от медеплавильного завода атмосфера загрязнена медью – 0,02 мг/м3 (ПДК–0,002), оксидом углерода – 30,0 мг/м3 (ПДК–3,0), сернистым газом – 0,3 мг/м3 (ПДК–0,05), сероводородом – 0,016 мг/м3 (ПДК– 0,008), двуокисью азота – 0,08 мг/м3 (ПДК–0,04). Классы опасности: Cu – 2, CO – 4, SO2 – 3, NO2 – 2, H2S – 2.


1. Какие источники загрязнения присутствуют?

2 . Рассчитайте интегральный показатель комплекса токсических веществ.

1. Опишите механизм абиотического круговорота минеральных веществ и воды. Оцените подземные воды как природный ресурс.
2. По возвращению горного отвода в сельскохозяйственное использование, какие мероприятия необходимо провести.
3. В районе действующего свинцово-цинкового комбината атмосфера загрязнена окисью углерода – 5,0 мг/м3 (ПДК – 3,0), двуокисью азота – 0,4 мг/м3 (ПДК – 0,04 мг/м3), свинцом – 0,004 мг/м3 (ПДК –0,0003 мг/м3). Относительная влажность воздуха составила 80-85%, безветрие. Классы опасности: СO – 4, Pb – 1, NO2 – 2.

1. Какие источники загрязнения присутствуют?

2. Рассчитайте интегральный показатель комплекса токсических веществ.

1. Оцените эффективность использования горнопромышленным предприятием природных ресурсов.
2. В регионе были произведены подземные ядерные взрывы с целью образования подземных полостей для закачки газов и отходов производства. Определите воздействие на ОС.
3. В регионах нефтегазодобычи, в радиусе 1-3 км, в атмосферном воздухе обнаруживаются концентрации сероводорода – 0,08 мг/м3 (ПДК-0,008), сернистого газа – 0,1 мг/м3 (ПДК-0,05), окиси углерода – 1,0 мг/м3 (ПДК-3,0), двуокиси азота – 0,02 мг/м3 (ПДК-0,04), ванадия – 0,001 мг/м3 (ПДК-0,002). Классы опасности: H2S – 2, SO2 – 3, CO – 4, NO2 – 2, V – 1.


1. Какие источники загрязнения присутствуют?

2. Рассчитайте интегральный показатель комплекса токсических веществ.
1. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы оксидами азота и углерода и способствующих возникновению кислотных дождей
2. При проведении экологической экспертизы предприятия горнодобывающей отрасли, опишите основные этапы и требования к экспертизе.
3. В г. Алматы в июле месяце стоит солнечная, жаркая и безветренная погода. Отмечаются инверсионное распределение температуры в атмосфере, сизая дымка, снижена видимость. В приземных слоях атмосферы обнаружены высокие концентрации ( мг/м3): СО – 6,0 (ПДК – 3,0 мг/м3), NO2 – 0,4 (ПДК – 0,04 мг/м3). Классы опасности: СО – 4, NO2 – 2.

1. Определите тип смога.


2. Какие источники загрязнения присутствуют?

3. Рассчитайте интегральный показатель комплекса токсических веществ и определите степень их опасности для здоровья человека.

1. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы фреонами (хладонами) и озонаторами и способствующих истощению озонового слоя.
2. Представьте схему очистки пылегазовых выбросов предприятия горно-металлургической отрасли.
3. Промышленные сточные воды содержат следующие загрязнители: крупные частицы мусора, песок, нефтепродукты, масла. рН стоков кислый, температура – 60 Со.

Можно ли сбрасывать такие сточные воды в поверхностные водоемы и почему? Нужно ли очищать сточные воды, и если да, то предложите схему очистки

. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы тепличными газами и способствующих развитию парникового эффекта.
2. Представьте схему очистки сточных вод горнопромышленного комплекса. Классифицируйте сточные воды.
3. В г. Алматы в декабре месяце на ТЭЦ сжигается мазут и уголь. Над городом сильный туман, отмечается температурная инверсия, отсутствие ветра. В атмосфере обнаружены высокие концентрации взвешенной пыли (сажи) - 1,5 мг/м3 (ПДК – 0,05), окиси углерода - 5,4 мг/м3 (ПДК – 3,0), двуокиси серы – 0,5 мг/м3 (ПДК – 0,05), серная кислота – 0,15 (ПДК – 0,1). Классы опасности: пыль – 3, СО – 4, SO2 – 3, H2SO4 – 2.

1. Определите тип смога.


2. Какие источники загрязнения присутствуют?

3. Рассчитайте интегральный показатель комплекса токсических веществ.