🗊Презентация Проблемы экологии и пути их решения

Дисциплина «Экология» ТЕМА ЛЕКЦИИ: Проблемы экологии и пути их решения.

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

ВЕРНАДСКИЙ В.И. “Пределы среды обитания обусловлены , прежде всего, полем существования жизни”

Границы среды обитания определяются Наличием кислорода, углекислого газа, воды в жидком виде Температурой, давлением, влажностью Элементами минерального питания Спектром излучения Солнца

СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЦА Гамма излучение (0,01-1нм), рентгеновское (1-100нм), ультрафиолетовое (100-380нм), видимое (380-760нм), инфракрасное (760-200000нм)

ГРАНИЦЫ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ Нижний предел распространения живого 1. Глубина океана (11км)+земная кора (4 км)=15 км океаническая биосфера 2. Изотерма в 100 градусов (6 км) континентальная биосфера Верхний предел распространения живого 1. Наибольшая плотность озонового экрана ( стратосфера 22-24 км)

ГРАНИЦЫ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

РЕЗУЛЬТАТЫ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 1. Возникновение и рост промышленного производства 2. Использование невоспроизводимых природных ресурсов и их сокращение (нефть, уголь, металлы) 3. Эксплуатация воспроизводимых ресурсов (различные ви- ды флоры и фауны) 4. Интенсивное сведение лесов на больших территориях (эрозия почв ухудшение состояния фауны) 5. Рост народонаселения (1800г- 1млрд., 1960-3 млрд.. 2010 -7 млрд.) 6. Тенденция к индустриализации аграрных стран 7. Сокращение численности и даже исчезновение биологи- ческих видов 8. Загрязнение окружающей среды за счет выбросов в атмосферу, сточных вод, заражения почв

АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ По направленности: целенаправленные стихийные, непроизвольные По глубине и площади распространения: глобальные региональные локальные По времени действия: длительные кратковременные По характеру приложения: прямые косвенные По благоприятности: положительные отрицательные

ПОСЛЕДСТВИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Экологический кризис (чрезвычайная экологическая ситуация) – экологическое неблагополучие, характеризующееся устойчивыми отрицательными изменениями окружающей среды и представляющее угрозу для здоровья людей Экологическая катастрофа (экологическое бедствие) – экологическое неблагополучие, характеризующееся глубокими необратимыми изменениями окружающей среды и существенным ухудшением здоровья населения

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ Загрязнение биосферы – это принесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физических, химических, информационных или биологических агентов или превышение их естественного среднемноголетнего уровня в различных средах, приводящее к негативным воздействиям Истощение и деградация ресурсов – это процесс, возникающий в результате несоответствия между доступными запасами природных ресурсов и потребностями общества, а также ухудшение их свойств (расточительное использование)

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ Природные ресурсы – это тела и силы природы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого общества По происхождению: Минеральные Земельные Водные Биологические По видам хозяйственного использования: Ресурсы промышленного производства Энергетические ресурсы Неэнергетические ресурсы Ресурсы сельскохозяйственного производства По степени органичеснности: Исчерпаемые Невозобновляемые Возобновляемые Неисчерпаемые По степени заменимости: Незаменимые Заменимые

ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА 23 мая 2001 г. в Стокгольме была принята конвенция по стойким органическим загрязнителям По воздействию на организм: Общетоксические Канцерогенные Мутагенные Сенсибилизирующие Тератогенные

ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Физическое загрязнение Тепловое загрязнение – повышение температуры среды выше естественного уровня Световое загрязнение – превышение уровня освещенности местности за счет использования источников искусственного света Шумовое (акустическое) загрязнение — раздражающий шум антропогенного происхождения, нарушающий жизнедеятельность живых организмов и человека Электромагнитное загрязнение – распространение радиоволн вне выделенных для них диапазонов или с превышением разрешенного уровня.

АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ Истощение озонового слоя Глобальное потепление вследствие парникового эффекта Загрязнение атмосферы вредными веществами Кислотные дожди (рН от 5,6)

АТМОСФЕРА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОЗДУХА

ИСТОЩЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЦА И ЕГО ПОГЛОЩЕНИЕ ОЗОНОМ (УФ λ= 290-320нм)

ПУТИ ГИБЕЛИ ОЗОНА В СТРАТОСФЕРЕ (действие антропогенного фактора Азотный цикл : О3 + NO → NO2 + О2, Хлорный цикл: ХФУ (ХЛОРФТОРУГЛЕРОД) CFCl3 + hν → CFCl2 + Cl, Cl + O3 → ClO + O2, (Америк. проф.Шерри Роуланд,1973г.,Колифорния) *ХФУ очень стойкие соединения

ИСТОЩЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ

ИСТОЩЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЗАМЕНА ГАЛОГЕНОУГЛЕРОДОВ НА ГАЛОГЕНОУГЛЕВОДОРОДЫ -Хлорфторуглеводород (ХФУВ) -Фторуглеводород (ФУВ) -Метан СН4 *ХФУВ и ФУВ мало стойкие соединения, способны к разложению в тропосфере за счет разрыва связи С-Н ( а не в стратосфере как ХФУ)

Ключевые символы и термины Х-холодильник и воздушный кондиционер П-поверностно-активное вещество А-пропелент в аэрозольных балончиках Р-растворитель для химической чистки ПРОС- потенциал разрушения озонового слоя

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ ЗЕМЛИ И СОЛНЦА

ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ На Земле основными парниковыми газами являются: водяной пар (Н2О) -ответственен примерно за 36-70 % парникового эффекта углекислый газ (CO2) -9-26 % метан (CH4) -4-9 % озон (О3) -7 %). Атмосферные концентрации CO2 и CH4 увеличились на 31 % и 149 % соответственно по сравнению с началом промышленной революции в середине XVIII века.

ПУТИ УМЕНЬШЕНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА В АТМОСФЕРЕ Выбор экологичного топлива Энергосбережение Очистка диоксида углерода Интенсификация фотосинтеза Топливо будущего Используя энергию солнца

Термохимические реакции C + O2 = CO2 + 2H2O +394 кДж CH4 + 2O2 = CO2 +2H2O +890кДж C8H18 +12,5O2 =8CO2+9H2O +5470кДж Экологичность С =0,0025 моль/кДж CH4 =0,001 моль/кДж C8H18 = 0,0012моль/кДж

Энергосбережение Увеличение эффективности использования энергии (электростанции, двигатели автомобиля) сжигание в псевдоожиженном слое Экономия расходования, связанная с ценообразованием

Очистка от диоксида углерода Использование растворителей для отходящих газов. Захоронение сжиженного газа в глубинах океана (более 500 м) Закачивать в подземные полости из под нефти, газа

Интенсификация фотосинтеза 6CO2+6H2O = C6H12O6 +6O2 (фиксируется 500 млрд. т., при сгорании топлива 40 млрд. т). Фотосинтез в исскуственных системах

ТОПЛИВО БУДУЩЕГО ЭЛЕКТРОЛИЗ ВОДЫ Разложение воды на электродах под действием постоянного электрического тока на водород и кислород 2H2O = 2H2 + O2 На катоде-восстановление ионов водорода На аноде – окисление гидроксид-ионов Вода в изобилии, при сгорании водород превращается в воду.

Проблемы использования водорода Не встречается в природе Энергозатраты на его производство высоки (электролизеры вблизи электростанций) Получение без использования ископаемого топлива (угля, газа, нефти и т.п.).

Использование гидридов металлов Mg + H2 = MgH2 MgH2 = Mg+ H2 ( t=300 гр.Цельсия)

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА * Атомные электростанции * Термоядерный синтез (дейтерий + тритий) ТОКАМАК * Гелий-3 ( дейтерий+гелий-3) уникальная экологическая безопасность

Принцип работы атомной электростанции

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Ядра урана U-235, делятся с образованием нейтронов (2 или 3 нейтрона), которые, попадая в другие ядра, также могут вызывать их деление. Так возникает цепная ядерная реакция. В ходе протекания цепной реакции выделяется большое количество энергии в виде тепла. (U235 +n1 = Ba144 + Kr89+ 3n1) Такие электростанции действуют по такому же принципу, что и ТЭЦ, но используют для парообразования энергию, получающуюся при радиоактивной распаде.

Управляемый термоядерный синтез Энергия синтеза выделяется при слиянии ядер тяжелых изотопов водорода (D2 + T3 = n1 + He4) УТС представляет сложную научно-технологическую задачу, связанную с получением температуры вещества более 100 миллионов градусов . Термоядерный синтез - это долгосрочный проект, создание коммерческой установки ожидается к 2040-2050 году . Токамак (тороидальная камера с магнитыми катушками). В рамках международного проекта ИТЭР (международный термоядерный экспериментальный реактор) предполагается возможность удержания плазмы и получения энергии (участники проекта ИТЭР - Европейский союз, Россия, Япония, США, Китай, Корея и Индия).

Лунный гелий-3 Использование гелия- новая уникальная перспектива, гигантская по своим масштабам. Термоядерный синтез с использование дейтерия и гелия с выделением протонов. Обеспечивает абсолютную экологическую безопасность. (D2 + He3 = p1 + He4) Запасы гелия на Луне до 10^9 тонн, на Юпитере 10^ 20 тонн.( Лунное вещество реголит, слой толщиной 5-15м). 1 тонна гелия заменяет 20 млн тонн нефти 1 кг гелия в 100000 тоннах реголита.

СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ Адсорбционный (активированный уголь, известняк, щелочные растворы аммиака, извести) Окислительный Каталитический (платина, ванадий, оксиды цинка, алюминия, марганца и т.д.) Адсорбционно-окислительный Каталитическое окисление

ГИДРОСФЕРА Водная оболочка, идущая вниз до верхней мантии, где происходит разложение воды вверх - до высоты тропосферы, выше которой молекулы воды подвергаются разложению *Гидросфера-сплошная оболочка земли, содержащая воду во всех трех агрегатных состояниях в пределах Мирового океана, криосферы, литосферы и атмосферы,

ВИДЫ ВОД ГИДРОСФЕРЫ ___________________________________________________ Наименование Объем, Объемная млн.куб.км. доля, % ___________________________________________________ Морская вода 1338 96,4 Грунтовая вода 23,4 1,7 Лёд 24,0 1,86 Поверхностная вода 0,18 0,013 Атмосферная вода 0,013 0,001 Биологическая вода 0,0011 0,0001 ____________________________________________________ *Пресная вода в 35,0 2,53 cоставе гидросферы

Последствия загрязнения водоемов

ЗАГРЯЗНЕНИЕ НЕФТЬЮ

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ 1.МЕХАНИЧЕСКИЕ (решетки, сита, песколовки, жироловки, мембраны, отстойники)-68% стоков 2.БИОЛОГИЧЕСКИЕ (очистка аэробными и анаэробными микроорганизмами, минерализация, брожение, биофильтры)-30% 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ (флотация, сорбция, центрифугирование, ионнобменная очистка, гиперфильтрация, нейтрализация, экстракция, выпаривание, испарение, кристаллизация)-3% 4. ДЕЗИНФЕКЦИЯ (ультрафиолетовое облучение, хлорирование, озонирование) 5. ТЕРМИЧЕСКАЯ УТИЛИЗАЦИЯ (факельные установки)

Деградация почв

Механическое загрязнение (ТБО и ТПО)

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ГРУНТОВ 1.Методы удаления 2.Методы локализации 3.Методы деструкции