Контрольная работа по "Экологии"

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

По дисциплине: «Экология»

Вариант № 5

 

 

 

 

Выполнил:

 

 

 

 

Проверил:

   

 

 

 

Иркутск, 2013

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Дайте понятие биосфера. Общие понятия о биосфере.

 

Биосфера - (греч . bios - жизнь , sphaira - шар) - это оболочка Земли, включающая область распространения жизни и часть вещества планеты, которое состоит в постоянном обмене с живыми организмами. Впервые представление о биосфере как наружной оболочке нашей планеты было предложено Ж.Б. Ламарком(1744-1829) в начале 19-го века. В научный обиход термин "биосфера" ввел австрийский ученый Э. Зюсс (1875), выделивший ее как одну из земных оболочек. 
 
Основы научного понимания биосферы заложил русский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863-1945). По Вернадскому биосфера - область существования живого вещества, которая включает нижние слои атмосферы (до озонового пояса - на высоте около 25 км), всю гидросферу (до максимальных глубин) и верхнюю часть литосферы. Однако определение биосферы, отмечал В.И. Вернадский, только как области жизни неполно.

Биосфера включает:

1)живое вещество;

2) биогенное вещество, т.е. органоминеральные или органические продукты, созданные живым веществом (каменный уголь, нефть, торф, известняк, гумус и т.д.);

3) Биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой природой (вода, атмосфера, осадочные породы).

Чем же отличаются живые организмы от остальных (косных) природных веществ? Отвечая на этот вопрос, обычно говорят, что живые существа - это те, которые могут размножаться, двигаться и т.д. Это утверждение не полностью отражает суть отличия живого вещества. Основной отличительной способностью живого от неживого вещества является способ использования энергии. Живое вещество - это уникальный природный объект, обладающий способностью принимать и использовать энергию, идущую из Космоса. Улавливая энергию, прежде всего в виде солнечного света, живой организм может удерживать ее в качестве энергии сложных органических соединений, передавать или трансформировать в механическую, химическую, электрическую, тепловую и другие виды энергии. Косные (неживые) вещества не обладают возможностями столь сложных преобразований энергии. Обычно они принимают энергию и рассеивают ее в окружающую среду. Вторая особенность живых организмов - их уникальная способность к самовоспроизведению. Производство новых, идентичных по структуре и функционированию поколений является не только копированием, но и характеризуется изменчивостью признаков из поколения в поколение. А это приводит к гибкой адаптивности и способности приспособления живых организмов к условиям обитания в процессе эволюции. Таким образом, можно отметить особые отличия живого вещества по сравнению с косной природой. Они заключаются в присутствии в живом организме химических соединений, обладающих: способностью к самовоспроизведению; способностью создавать полимерные оболочки, служащие защитой и ограждением живого вещества от косного; способностью осуществлять химические реакции в условиях обычных параметров среды и способностью передавать химическую энергию с высокой скоростью. Живые организмы различаются по массе - от микробов весом тысячные доли грамма до кашалотов весом 100 т и более; по продолжительности жизни - от нескольких часов у бактерий, до 5000 лет и более у японской криптомерии. Самой существенной особенностью биосферы является биогенная миграция атомов химических элементов, стимулируемая солнечной энергией. "При этом организмы связаны, - отмечал В.И.Вернадский, - с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием и размножением". Биосфера является мощной геологической силой, формирующей равновесие газов, жидкой и твердой фаз Земли и поставляющей огромную часть свободной энергии для усиления техносферы. Пределы биосферы ограничиваются физическими условиями существования живых организмов. По современным представлениям, существование жизни обусловлено границами температур от +160 до –250°С и давлением от 0,001 до 3000 атм. Нижняя граница жизни в водной среде проходит на глубине 11500 м, в литосфере (в земной коре) - на глубине более 3000 м (на глубине 4500 м в нефтеносных водах обнаружены микроорганизмы). Верхняя граница распространения жизни в атмосфере обусловлена высотой озонового слоя, служащего для живых организмов защитной средой от смертоносного ультрафиолетового излучения Солнца и расположенного на высоте 25-45 км над уровнем моря. Последнее время в атмосфере обнаружены некоторые виды жизнеспособных микроорганизмов в состоянии покоя на высоте около 80 км. Жизнь встречается и на вершинах высочайших в мире гор на высоте 8839 м выше уровня моря. Биомасса современной биосферы составляет около 2,5 трлн. т сухого вещества (около 99% этой массы приходится на зеленые растения). Образование нового органического материала, т.е. чистая ежегодная продуктивность биосферы, составляет около 10% (150-200 млрд. т сухого вещества). При этом примерно 1/3 от годового суммарного показателя производства биомассы составляют морские фотосинтезирующие растения и микроорганизмы (хотя они имеют вес примерно в 100 раз меньше, чем наземные виды). Каков же общий объем биосферы? Жизнь в биосфере сосредоточена примерно в диапазоне нескольких десятков километров выше и ниже поверхности Земли. Поскольку радиус нашей планеты составляет около 6400 км (4000 миль), а толщина слоя атмосферы 288 км (180миль), можно подсчитать, что слой биосферы (тонкий) составляет менее 1% общего объема планеты. А геологический объем биосферы, который определяется с учетом непрерывного отложения части объема производимой ею биомассы, находящейся вне цикла пищевой цепи, составляет, по современным данным, более 4% от общего объема нашей планеты. Энергия биосферы характеризуется следующим показателем: в умеренных и тропических широтах величина солнечной радиации, достигающей Земли, составляет около 700 Вт/м². Часть этой энергии теряется при прохождении через атмосферу, облака и т.д. Растениям и микроорганизмам, существующим за счет фотосинтеза, остается энергии примерно 150-200 Вт/м², из которых они усваивают 0,2-1%, т.е. 0,5-3 Вт/м². Общая величина энергии за год, получаемой путем биосинтеза в биосфере, составляет 40×10¹² Вт. В.И.Вернадский считал наличие фотосинтезирующих организмов решающим фактором активной жизни биосферы, так как именно они осуществляют постоянную связь между нашей планетой и космосом, используя солнечную энергию для получения различных химических элементов. "К сожалению, - писал В.И.Вернадский, - наши современные знания не позволяют учесть, какую часть всего живого вещества составляет зеленый мир растений". 
В наше время учеными составлены мировые карты растительности и почв, установлено, что в живом веществе Земли основная роль принадлежит растительным фотосинтезирующим организмам, которые составляют 95-99% всей массы живого вещества. Суммарные запасы фитомассы Земли, по данным ученных, оцениваются в 2402,5×10⁹ т (количества органического вещества измеряется в единицах сухого веса); суммарная годичная продукция фитомассы суши оценивается в 171,54×10⁹ т.

 
1.1.Техносфера 
Под влиянием цивилизованного человечества биосфера претерпевает существенные изменения. В настоящее время преобразующей силой на нашей планете стала техносфера, приводимая в действие человеком. 
Промышленная революция ознаменовала приход технической культуры, которая с возрастающей силой захватывала не только производство, но и быт. Превосходство технического прогресса над эволюционными процессами природы дало возможность техносфере соперничать с биосферой в перемещении биомассы на планете. С развитием техносферы биосфера столкнулась с быстро распространяющимися новыми видами биомов: сельскохозяйственным и городским. (Биом – крупная биосистема (региональная, континентальная), характеризующаяся каким-либо типом растительности, например, биом лиственных лесов умеренного пояса. Самая крупная биосистема, близкая к идеалу, – это биосфера). Достижение технического прогресса и неразумное использование человечеством ресурсов биосферы создало реальную опасность, связанную с последствиями загрязнения природной среды промышленными отходами. В наше время техносфера начала свое независимое существование, вышла из повиновения эволюционных тенденций биосферы. Развиваясь по своим собственным законам, техносфера чаще создает противоречие, чем сотрудничество с биосферой. Грозными примерами противостояния служат накопленные арсеналы ядерного оружия и нейтронная бомба - печальные плоды творческих амбиций "не вполне психически уравновешенных представителей техносферы". Это свидетельствует о том, что коэволюция, т.е. совместная эволюция человека и биосферы - процесс мучительный и небыстрый, связанный, прежде всего, с выработкой новых принципов согласования действий общества с природой, перестройкой нашего бытия и мышления, сменой стандартов и идеалов.

 
1.2.Ноосфера 
Ноосфера (от греческого слова "ноос" - разум; сфера разума). Теория ноосферы впервые была выдвинута В.И.Вернадским в 20-х годах. Само понятие "Ноосфера" (сфера разума) было предложено французским математиком и философом Э. Леруа в 1927г. и в дальнейшем широко использовалось П.Тейяр де Шарденом. Впервые, по-видимому, этот термин был оглашен Э. Леруа в 1924 г. на семинаре Бергсона в Париже во время обсуждения доклада В.И.Вернадского, изложившего тогда свою концепцию развития биосферы. Как отмечал сам Э.Леруа, импульсом к разработке его концепций о ноосфере послужили идеи В.И.Вернадского, с которым французский ученный познакомился, посещая лекции Вернадского в Сорбонне в начале 20-х годов. Сам Вернадский начал употреблять термин "ноосфера" в последние годы своей жизни. Однако в отличие от Леруа и Тейяра де Шардена, Вернадский придал понятию ноосфера совершенно другое содержание. Если у французских ученых с этим термином были связаны идеалистические и теологические идеи, то у Вернадского он был связан с неизбежно наступающим временем, когда человечество должно строить свою деятельность и свои взаимоотношения с природой на научной основе. Вернадскому принадлежит высказывание о том, что согласованное с Природой развитие общества, ответственность за будущее этого развития потребует новой организации общества и создания таких структур, которые смогут обеспечить гармоническое развитие общества и Природы. Отсюда, ноосфера - это состояние биосферы, при котором происходит целенаправленное развитие его. Тогда разум будет иметь возможность направлять развитие биосферы в интересах Человека, его будущего. 
Обосновав высшую стадию эволюции биосферы, связанную с цивилизацией, управляемой разумной деятельностью человека, В.И.Вернадский писал: "Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупной геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше" (1988). Согласно системе взглядов Вернадского, которая превратилась в стройное учение о ноосфере, единство эволюционных процессов представляет собой космическое явление. Лейтмотивом этого учения, доминирующей мыслью явилось утверждение о том, что воздействие человечества на окружающую природу растет столь быстро, что в недалеком будущем человеческое общество превратится в основную геологическую силу. На определенной ступени своего развития человечество должно будет принять на себя ответственность за дальнейшую судьбу развития биосферы и нашей планеты в целом. Инженерная деятельность становится, как уже было отмечено, природоохранной системой по своей сути и своим характеристикам. Практическая ориентированность экологического моделирования проявляется в определенной деятельности, касающейся всеобщих механизмов человеческого разума. Если кратко охарактеризовать методологическую основу этой деятельности, то суть дела состоит в том, что человек, создавший вокруг себя мир и сам ставший технозированным, в своих действиях в отношении природы должен ориентироваться не столько на прямую и грубую силу, сколько на мудрость созидания. Именно это, как нам представляется, имел в виду В. И. Вернадский, когда предсказывал еще в 1944 г. наступление новой эры в отношениях человека и окружающей его среды - ноосферы. В современной, все обостряющейся у нас на глазах экологической ситуации мы все чаще сталкиваемся с разладом производственной деятельности и жизнедеятельности экосистем биосферы. Проблемы оптимизации биосферы носят ярко выраженный междисциплинарный характер. Вспомним, что гиперболизм, преувеличение роли техники в решении экологических задач, ведет к несистемным подходам. В литературе можно встретить и такое мнение, что охрана окружающей среды в нынешних условиях научно-технического прогресса - проблема по преимуществу техническая, включающая в себя разработку и внедрение малоотходных технологий, замкнутых циклов производства, использование современных санитарно-гигиенических и других средств очистки воздушной среды от пыли и газов, защиту вод от различных загрязняющих стоков, рекуперацию, регенерацию и утилизацию отходов, являющихся подчас ценным материалом. Все эти технические меры, вне всякого сомнения, чрезвычайно значимы. Но экологическая проблема в целом не техническая, а комплексная. Системная дисциплина и здесь, очевидно, требует системного видения этих проблем и реальных экологических ситуаций с учетом человеческого фактора и путей развития цивилизаций. И в изучении, и в решении этих задач экологического характера возрастет роль инженерной экологии, развиваемой на базе системного подхода, т.е. науки, которая предназначена решать вопросы развития техносферы и ее высшей ступени - ноосферы - с позиции создания техники и производства, т.е. в органической взаимосвязи с факторами человека, безопасной жизнедеятельностью любых организмов и всей природы. На современном этапе развития цивилизации подход такого рода есть значительный шаг на пути защиты общества, биосферы, всех планетарных систем от разрушения и катастроф. 
Учение о ноосфере ознаменовало появление принципиально нового понимания развития глобальных процессов нашей планеты, новой ориентации наук. Оно означало переход к исследованию развития окружающей среды и общества в неразрывной связи, глубокому изучению процессов взаимодействия техносферы, биосферы и человеческого общества. И в этом великом объединении развитие планеты должно стать гармоничным и направленным - направляемым силой разума!

 
1.3.Космосфера 
Перспектива величайших событий, связанных с распространением земной биосферы в космосе, будоражит воображение, но не может быть нами прогнозируема. Продлить жизнь живой природы и снять пространственные ограничения, перенося биосферу в космические пространства, человек может только в тесном союзе с природой, делая обдуманный, научно обоснованный выбор совокупности обстоятельств. В действительности Жизнь на Земле своим происхождением обязана не только самой планете, но и всему комплексу обстоятельств, сложившихся в данном регионе Галактики, связанных с пространством и временем. Человечество должно использовать все доступные средства для выполнения миссии сохранения живой природы планеты и осуществить проникновение в космосферу. 
Для того чтобы способствовать распространению биосферы Земли в космосе и достичь обоснования ее на других планетах, мировое сообщество прилагает усилия, направленные на создание новых моделей биосферы того мира, в котором мы живем сегодня. Такие модели откроют возможности изучения эволюции живой природы в новых экологических условиях и позволят сделать шаги к созданию космических биосфер будущего.  Одной из этих попыток является разработка экспериментальной биосферы - "Биосфера 2", призванной решить проблему создания улучшенного местообитания человека на Земле и в Космосе. Для получения возможности обоснования жизни в других районах Вселенной необходимы сложные саморазвивающиеся биосферы. С использованием математического моделирования и современной научной базы изучения состояния природной среды, а также всего генетического богатства биосферы Земли в 1984 г. сделана попытка создания экспериментального комплекса "Биосфера 2" в штате Аризона (США) на площади 2,5 акра (1 га) - экологической системы с замкнутым циклом и регенерацией отходов. В комплексе размещены различные биомы: влажный тропический лес, саванна, океан, болота, пустыни, сельскохозяйственные угодья и города. Подобные биосферы, по мнению авторов проекта (фирма "Спейс биосферес венчес" США), могут представлять долговременные саморегулирующиеся комплексы, в которых поддерживаются условия для жизнедеятельности организмов. Эти системы открывают путь к созданию постоянно обитаемых космических поселений, которые могут быть расположены в космическом пространстве в условиях невесомости или на поверхности других планет. 
Целью создания "Биосферы 2" стало стремление смоделировать реальные возможности биосферы для спасения Земли в случае возникновения экстремальных условий (а такие условия в связи с загрязнением планеты уже формируются), обеспечить подходящие для жизни новые условия. Сначала такие места могут быть определены в Солнечной системе, далее - в нашей Галактике, позже - во всей Вселенной.

 

16. Дайте характеристику основных экологических последствий глобального загрязнения атмосферы

К важнейшим экологическим  последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

1) возможное потепление  климата («парниковый эффект»);

2) нарушение озонового  слоя;

3) выпадение кислотных  дождей.

Парниковый  эффект

В настоящее время, наблюдаемое  изменение климата, которое выражается в постепенном повышении среднегодовой  температуры, начиная со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с накоплениями в атмосфере  так называемых «парниковых газов» -- диоксида углерода (СО₂), метана (СН₄), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О₃), оксидов азота и др. Парниковые газы, и в первую очередь СО₂, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. Атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой -- почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.

В связи со сжиганием  человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более 9 млрд. т. условного топлива) -- концентрация СО₂в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фреонов (хлорфторуглеродов). На 1--1,5% в год увеличивается содержание метана (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы, выделения крупным рогатым скотом и др.). В меньшей степени растет содержание в атмосфере и оксида азота (на 0,3% ежегодно). Следствием увеличения концентраций этих газов, создающих «парниковый эффект» является рост средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности. За последние 100 лет наиболее теплыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. В 1988 г. среднегодовая температура оказалась на 0,4 градуса выше, чем в 1950--1980 гг. Расчеты некоторых ученых показывают, что в 2005 г. она будет на 1,3 °С больше, чем в 1950--1980 гг. В докладе, подготовленном под эгидой ООН международной группой по проблемам климатических изменений, утверждается, что к 2100 г. температура на Земле увеличится на 2--4 градуса. Масштабы потепления за этот относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь, это связано с предполагаемым повышением уровня Мирового океана, вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т. д. Моделируя экологические последствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5--2,0 м к концу XXI в., ученые установили, что это неизбежно приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к другим неблагоприятным последствиям.Однако ряд ученых видят в предполагаемом глобальном потеплении климата и положительные экологические последствия. Повышение концентрации СО₂ в атмосфере и связанное с ним увеличение фотосинтеза, а также возрастание увлажнения климата могут, по их мнению, привести к увеличению продуктивности как естественных фитоценозов (лесов, лугов, саванн и др.), так и агроценозов (культурных растений, садов, виноградников и др.). По вопросу о степени влияния парниковых газов на глобальное потепление климата также нет единства во мнениях. Так, в отчете Межправительственной группы экспертов по проблеме изменения климата (1992) отмечается, что наблюдающееся в последнее столетие потепление климата на 0,3--0,6 °С могло быть обусловлено преимущественно природной изменчивостью ряда климатических факторов. На международной конференции в Торонто (Канада) в 1985 г. перед энергетикой всего мира поставлена задача сократить к 2010 г. на 20% промышленные выбросы углерода в атмосферу. Но очевидно, что ощутимый экологический эффект может быть получен лишь при сочетании этих мер с глобальным направлением экологической политики - максимально возможным сохранением сообществ организмов, природных экосистем и всей биосферы Земли.

Нарушение озонового  слоя

Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20--25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области. Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние десять лет концентрация озонового слоя снизилась на 4--6% в зимнее время и на 3 % -- в летнее. В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др. Так, например, по мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн. человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т. д. Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем, и т. д. Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства ученых, более вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона. По данным международной экологической организации «Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов (фреонов) являются США-- 30,85%, Япония -- 12,42%, Великобритания -- 8,62% и Россия -- 8,0%. США пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7 млн. км², Япония -- 3 млн. км², что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США и в ряде западных стран построены заводы по производству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродово) с низким потенциалом разрушения озонового слоя. Согласно протоколу Монреальской конференции (1990 г.), пересмотренному затем в Лондоне (1991 г.) и Копенгагене (1992 г.), предусматривалось снижение выбросов хлорфторуглерода к 1998 г. на 50%. Согласно ст. 56 Закона Российской Федерации об охране окружающей природной среды, в соответствии с международными соглашениями, все организации и предприятия обязаны сократить и в последующем полностью прекратить производство и использование озоноразрушающих веществ.