Контрольная работа по "Экологии "

Вещественный состав биосферы также разнообразен. В. И. Вернадский включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:

   -живое вещество;

   -биогенное вещество – рождаемое и перерабатываемое живыми организмами (горючие ископаемые, известняки и т. д.);

   -косное вещество, образуемое без участия живых организмов (твердое, жидкое и газообразное);

   -биокосное вещество – косное вещество, преобразованное живыми организмами  (вода, почва, кора выветривания, илы);

   -вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового ряда);

   -рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;

   -вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли и др.

В 1926 году Вернадский опубликовал  в Ленинграде книгу под названием  «Биосфера», которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи  с ней человека. В этой работе биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и  управляемая жизнью, живым веществом  планеты. «Биосфера – организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная  с жизнью». В работах по биосфере ученый показал, что взаимодействие живого вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и  биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических  и биологических циклах.

Биосфера по вертикали  разделяется на две четко обособленные области: верхнюю, освещенную светом, - фотобиосферу (в которой происходит фотосинтез), и нижнюю, «темную», - меланобиосферу (в которой фотосинтез невозможен). На суше граница между ними проходит по поверхности Земли.

В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение для развития живого вещества имеют  следующие ее элементы (сверху вниз):

   -слой живого вещества, так называемая «пленка жизни»;

   -педосфера, или почвенный покров;

   -ландшафтно-экологические системы – функциональные системы, включающие живые организмы и среду их обитания;

   -кора выветривания, т. е. зона разрушения и преобразования горных пород, их минерально-геохимических изменений в верхней части земной коры под воздействием различных факторов;

   -древняя биосфера (палеобиосфера) – комплекс горных пород, рельефа и других ландшафтных компонентов, залегающих ниже современной биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями.

Структура и функции биосферы.

Атмосфера. Это воздушная  оболочка, состоящая в основном из азота и кислорода; достигает  мощности до 20000 км. В меньших концентрациях  она содержит углекислый газ и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на земной поверхности и в водной среде. Наибольшее значение для биологических процессов имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего органического вещества, углекислый газ, расходуемый при фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Вне атмосферы существование живых организмов невозможно. Это видно на примере лишенной жизни Луны, у которой нет атмосферы. Исторически развитие атмосферы связано с геохимическими процессами, а также жизнедеятельностью организмов. Так, азот, углекислый газ, пары воды образовались в процессе эволюции планеты благодаря (в значительной мере) вулканической активности, а кислород – в результате фотосинтеза.

Гидросфера. Вода является важной составной частью всех компонентов  биосферы и одним из необходимых  факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) заключена в  Мировом океане, который занимает примерно 70% поверхности Земного  шара. Общая масса океанических вод  составляет свыше 1300 млн. км3. Около 24 млн. км3 воды содержится в ледниках, причем 90% этого объема приходится на ледяной  покров Антарктиды. Столько же воды содержится под землей. Поверхностные  воды озер составляют приблизительно 0,18 млн. км3 (из них половина соленые), а рек – 0,002 млн. км3.Количество воды в телах живых организмов составляет примерно 0,001 млн. км3. Из газов, растворенных в воде, наибольшее значение имеют  кислород и углекислый газ. Количество кислорода в океанических водах  изменяется в широких пределах в  зависимости от температуры и  присутствия живых организмов. Концентрация углекислого газа также варьирует. А общее количество его в океане в 60 раз превышает его содержание в атмосфере.

Литосфера. Основная масса  организмов, обитающих в пределах литосферы, сосредоточена в почвенном  слое, глубина которого обычно не превышает  нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами, образующимися  при разрушении горных пород, и органическими  веществами – продуктами жизнедеятельности  организмов.

Биотический круговорот. Главная  функция биосферы заключается в  обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический  круговорот осуществляется при участии  всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ  между почвой, атмосферой, гидросферой  и живыми организмами. Благодаря  биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных  химических элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органическое вещество, которое другими живыми существами – гетеротрофами –  разрушается, с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов. Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит  циркуляции воды между океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Вода испаряется и воздушными течениями переносится  на многие километры. Выпадая на поверхность  суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный  слой и уходит вместе с растворенными  в ней химическими соединениями и взвешенными органическими  частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли за 1 мин испаряется около 1 млрд. т воды. Энергия, затрачиваемая на испарение  воды, возвращается в атмосферу. Циркуляция воды между Мировым океаном и  сушей представляет собой важнейшее  звено в поддержании жизни  на Земле и основное условие взаимодействия растений и животных с неживой  природой.

Глава 2. Некоторые  экологические аспекты нефтяных и газовых загрязнений и пути из предотвращения.

Азо́т — элемент главной  подгруппы пятой группы второго  периода периодической системы  химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 7. Обозначается символом N (лат.Nitrogenium). Простое вещество азот (CAS-номер: 7727-37-9) — достаточно инертный при нормальных условиях двухатомный  газ без цвета, вкуса и запаха (формула N2).

Токсикология азота и  его соединений. Сам по себе атмосферный  азот достаточно инертен, чтобы оказывать  непосредственное влияние на организм человека и млекопитающих. Тем не менее, при повышенном давлении он вызывает наркоз, опьянение или удушье (при  недостатке кислорода); при быстром  снижении давления азот вызывает кессонную  болезнь.  Многие соединения азота  очень активны и нередко токсичны. Диоксид азота сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных  путей. Вдыхание ядовитых паров диоксида азота может привести к серьезному отравлению. Диоксид азота вызывает сенсорные, функциональные и патологические эффекты. Рассмотрим некоторые из них. К сенсорным эффектам можно отнести  обонятельные и зрительные реакции  организма на воздействие NO2. Даже при  малых концентрациях, составляющих всего 0,23 мг/м3, человек ощущает присутствие  этого газа. Эта концентрация является порогом обнаружения диоксида азота. Однако способность организма обнаруживать NO2 пропадает после 10 минут вдыхания, но при этом ощущается чувство  сухости и першения в горле. Хотя и эти признаки исчезают при продолжительном  воздействии газа в концентрации, в 15 раз превышающей порог обнаружения. Таким образом, NO2 ослабляет обоняние.

Но диоксид азота воздействует не только на обоняние, но и ослабляет  ночное зрение – способность глаза  адаптироваться к темноте. Этот эффект же наблюдается при концентрации 0,14 мг/м3, что, соответственно, ниже порога обнаружения.

Функциональным эффектом, вызываемым диоксидом азота, является повышенное сопротивление дыхательных  путей. Иными словами, NO2 вызывает увеличение усилий, затрачиваемых на дыхание. Эта  реакция наблюдалась у здоровых людей при концентрации NO2 всего 0,056 мг/м3, что в четыре раза ниже порога обнаружения. А люди с хроническими заболеваниями легких испытывают затрудненность дыхания уже при концентрации 0,038 мг/м3.

Патологические эффекты  проявляются в том, что NO2 делает человека более восприимчивым к  патогенам, вызывающим болезни дыхательных  путей. У людей, подвергшихся воздействию  высоких концентраций диоксида азота, чаще наблюдаются катар верхних  дыхательных путей, бронхиты, круп и  воспаление легких. Люди, страдающие хроническими заболеваниями дыхательных путей (эмфиземой легких, астмой) и сердечно-сосудистыми  болезнями, могут быть более чувствительны  к прямым воздействиям NO2. У них  легче развиваются осложнения (например, воспаление легких) при кратковременных  респираторных инфекциях.

Биологическая роль. Азот является элементом, необходимым для существования  животных и растений, он входит в  состав белков (16—18 % по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В  составе живых клеток по числу  атомов азота около 2%, по массовой доле - около 2,5 % (четвертое место после  водорода, углерода и кислорода). В  связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых  организмах, «мёртвой органике» и  дисперсном веществе морей и океанов. Это количество оценивается примерно в 1,9·1011 т. В результате процессов  гниения и разложения азотсодержащей органики, при условии благоприятных факторов окружающей среды, могут образоваться природные залежи полезных ископаемых, содержащие азот, например, «чилийская селитра» (нитрат натрия с примесями других соединений), норвежская, индийская селитры.

Оксид азота обладает широким  спектром регуляторного действия (управляет  внутриклеточными и межклеточными  процессами) и участвует практически  во всех процессах, происходящих в организме  человека.  Этим объясняется повышенный интерес ученых, врачей, фармакологов и других специалистов к роли оксида азота. Сегодня оксид азота успешно  применяют в кардиологии, гинекологии, онкологии, стоматологии, при реконструктивно - пластических операциях, в военно-полевой  хирургии и других областях медицины.

Свойства углекислого  газа (диоксид углерода):

   -Физические: Плотность при нормальных условиях 1,98 кг/м³. При   атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения. Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

   -Химические: По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом — реакция Кольбе) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

   -Биологические: Диоксид углерода играет одну из главных ролей в живой природе, участвуя во многих процессах метаболизма живой клетки. Диоксид углерода получается в результате множества окислительных реакций у животных, и выделяется в атмосферу с дыханием. Углекислый газ атмосферы — основной источник углерода для растений. Однако, ошибкой будет утверждение, что животные только выделяют углекислый газ, а растения — только поглощают его. Растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а без освещения они тоже его выделяют. Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье. Недостаток углекислого газа тоже опасен. Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса.

Фармацевтика. Углекислый газ  используется для создания инертной среды, синтеза химических веществ, сверхкритической флюидной экстракции (SFE), подкисления (pH) сточных вод или  продукта при их низкотемпературной транспортировке (−78°C или −108°F).

Медицина. При проведении операций на искусственных органах  углекислый газ служит для создания атмосферных условий, близких к  физиологическим.

В качестве одного из компонентов  кислородной или воздушной смеси  углекислый газ служит стимулятором глубокого дыхания. Другим его применением  является хирургическая дилатация  при интраабдоминальных инсуффляциях.

Металлургическая отрасль. Наиболее популярным применением углекислого  газа в металлургии является защита окружающей среды: CO2 применяется для  осаждения бурого дыма в процессах  завалки лома и закачки углерода, для сокращения объема поглощения азота  в процессе вскрытия электродуговых печей, а также для донного  перемешивания.  Отрасль переработки  цветных металлов использует углекислый газ для осаждения дыма в процессе ковшовой транспортировки штейна (производство Cu/Ni)  или слитков (производство Zn/Pb). Небольшое количество жидкого диоксида углерода может использоваться при  рециркуляции воды в процессе отвода кислотных шахтных вод. Лазеры, использующие CO2, хорошо известны еще и как потребители  некоторых специальных марок  диоксида углерода (§ LASAL™).

Лабораторные исследования и анализ. Диоксид углерода в сверхкритическом состоянии представляет собой подвижную  фазу, используемую как в процессе хроматографического анализа, так  и в процессах экстрагирования.

Целлюлозно-бумажная отрасль. После щелочной отбелки древесной  массы или целлюлозы диоксид  углерода позволяет с высокой  точностью регулировать уровень pH в  переработанном сырье.  CO2 может использоваться в процессах нейтрализации талового масла и в целях повышения  производительности бумагоделательных  машин.

Электроника. Диоксид углерода стандартно применяется для обработки  сточных вод, а в качестве охлаждающей  среды он используется при испытании  электронных приборов на воздействие  окружающей среды.

Помимо этого диоксида углерода позволяет повышать проводимость сверхчистой воды, а в виде снега  используется для абразивной очистки  деталей или удаления осадков  на кристаллических пластинах.

Дополнительно диоксид углерода может использоваться в качестве экологически чистой сверхкритической жидкости для удаления фототвердеющих материалов из кристаллических пластин  без применения органических растворителей.