- •Введение
- •1. Общая экология
- •1.1. Основные представления об экологии Краткая история развития экологии
- •Структура современной экологии
- •1.2. Факторы среды и общие закономерности их действия на организм
- •1.3. Вид. Популяция. Структура и динамика популяций
- •1.4. Биоценоз и экосистема Понятие о биоценозе
- •Пищевые цепи и сети
- •Экологические системы
- •Динамика экосистем
- •Экологические сукцессии
- •Основные экосистемы Земли и их особенности
- •Травянистые экосистемы
- •Лесные экосистемы
- •Водные экосистемы
- •Экосистемы Мирового океана
- •Закономерности географического распространения экосистем
- •2. Учение о биосфере
- •2.1. Биосфера Земли
- •Структура и состав биосферы
- •Живое вещество биосферы
- •2.2. Учение о ноосфере
- •3.2. Антропогенное воздействие на атмосферу
- •3.3. Антропогенное воздействие на гидросферу
- •3.4. Антропогенное воздействие на литосферу
- •3.5. Антропогенное воздействие на биотические сообщества
- •3.6. Экстремальные воздействия на окружающую среду
- •4. Инженерные методы защиты окружающей среды
- •4.1. Защита атмосферы
- •Федеральное законодательство и охрана атмосферного воздуха
- •Экологизация технологических процессов и оптимизация размещения источников загрязнения
- •Санитарно-защитные зоны
- •Классификация систем и методов очистки газов и показатели эффективности
- •Улавливание промышленных пылей
- •Улавливание туманов
- •Основные принципы выбора метода и аппаратуры очистки газовых выбросов от твёрдых частиц и аэрозолей
- •Очистка выбросов от токсичных газо- и парообразных примесей
- •Государственный мониторинг и контроль за охраной атмосферного воздуха
- •4.2. Защита гидросферы
- •Федеральное законодательство и охрана водных объектов
- •Мониторинг водных объектов
- •Охрана поверхностных вод
- •Организация водоохранных зон
- •Общая характеристика сточных вод
- •Основные пути и методы очистки сточных вод
- •Методы механической очистки
- •Химические методы очистки
- •Физико-химические методы очистки сточных вод
- •Термические методы очистки сточных вод
- •Биохимические методы очистки сточных вод
- •Очистка ионизирующим излучением
- •Создание замкнутых водооборотных систем
- •4.3. Защита почвенного покрова
- •Разрушение ландшафтов
- •Почвенный покров и его экологическое значение
- •Промышленное загрязнение почв
- •Ухудшение состояния почв при их сельскохозяйственном использовании
- •Мелиорация сельскохозяйственных земель и её виды
- •Защита почв от химического загрязнения
- •Борьба с аварийными разливами нефти и нефтепродуктов
- •Аварийные разливы нефтепродуктов
- •Классификация методов локализации и ликвидации загрязнений почвы нефтью и нефтепродуктами
- •Сбор разлившегося на почве нефтепродукта
- •Снижение концентрации разлитого нефтепродукта в почве до приемлемого уровня
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Структура и состав биосферы
Атмосфера Земли (атмос – пар, sphfira – шар). Это газовая оболочка, окружающая землю. Атмосферой принято считать нижнюю область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землёй, как единое целое. Масса атмосферы составляет (5,15 – 5,9) 1015 тонн, причем 90 % сосредоточено в околоземном слое толщиной около 16 км. Так как атмосфера является наружной оболочкой Земли, она разграничивает атмосферу и космическое пространство, ослабляя ряд поступающих из космоса излучений и сглаживая колебания температуры в биосфере. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает большое влияние на разные стороны жизни человечества. Кроме того, она является средой распространения микроорганизмов, семян, плодов, а так же местообитанием насекомых, птиц и млекопитающих.
Главными составными частями воздуха является – азот (78,08 %), кислород (20,95 %), аргон (0,93 %), диоксид углерода (0,03 %) а остальные элементы находятся в весьма малых количествах: например, водород 0,310-5 %. По химическому составу вся атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км) – гамосферу, имеющую состав сходный с приземным воздухом и верхнею гетеросферу – неоднородного химического состава. В атмосфере кроме указанных газов присутствуют так же различные аэрозоли, пылеватые или водяные частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в газообразной среде. Они могут быть как естественного, так и технического происхождения. По своему строению атмосфера имеет сложную структуру, которая в первую очередь определяется особенностями вертикального распределения температуры.
Тропосфера – это нижняя часть атмосферы, в которой сосредоточено более 80 % всей атмосферы. Её высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих или нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности.
Стратосфера – располагается выше тропосферы до высоты 50 – 55 км. Температура её верхней границы повышается, что связано с наличием здесь пояса озона. Озоновый слой примерно в 6500 раз ослабляет часть УФ излучения, крайне опасного для всего живого на Земле. Общее количество озона в атмосфере оценивается всего в 3,3109 тонн. Если бы удалось собрать весь озон атмосферы около поверхности Земли при нормальном давлении, то получился бы слой толщиной 2,5 – 3 мм. Реально в атмосфере никакого «отдельного» слоя озона нет. Это лишь название достаточно широкой области, где концентрация озона максимальна.
Мезосфера – верхняя граница этого слоя располагается до высоты 80 км. Главная её особенность – понижение температуры (-70 – -90 С) у её верхней границы. Здесь формируются серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов.
Ионосфера (термосфера) располагается до высоты 800 км. Для неё характерно значительное повышение температуры (более 1000 С). Под действием ультрафиолетового излучения Солнца газы находятся в ионизированном состоянии. С ионизацией связано свечение газов и возникновение полярных сияний. Ионосфера обладает способностью многократного отражения электроволн, что обеспечивает дальнюю радиосвязь на Земле.
Экзосфера – распространяется выше 800 км и простирается до 2000 – 3000 км. Здесь температура повышается до 2000 С. Скорость движения газов приближается к критической величине 11,2 км/с. Господствуют атомы водорода и гелия, которые образуют вокруг Земли корону (до 20 тыс. км).
Роль атмосферы для биосферы Земли огромна, так как она своими физико-химическими свойствами обеспечивает важнейшие жизненные процессы у растений и животных.
Воздух как среда жизни обладает определёнными особенностями.
1. Так высокое содержание кислорода (21 %) определяет возможность формирования высокого уровня энергетического метаболизма. Не случайно именно здесь возникли гомойотермные животные. 2. С другой стороны атмосферный воздух отличается низкой и изменчивой влажность. Это во многом лимитировала возможности освоения воздушной среды. 3. Одним из важнейших показателей является низкая плотность воздуха. Под обитателями воздушной среды мы, прежде всего, понимаем наземные формы животных и растений. Низкая плотность закрывает возможность существования организмов полностью осуществляющих свои функции вне связи с субстратом. Т. е. жизнь сосредоточена вблизи поверхности земли проникая в толщу атмосферы на высоту не более 50 – 70 м (кроны деревьев тропических лесов). В горах животные могут оказаться на высоте 5 – 6 тыс. м над уровнем моря. Существование растений ограничено высотой 6200 м, животные могут жить и выше (насекомые и пауки). Жизнь сосредоточена в основном в тонком слое у поверхности земли и распространяется под действием зональных и климатических факторов. Понятие о климатической зональности сформулировано Докучаевым и Бергом. Они выделили единые по физико-географическим пространствам ландшафтно-климатические зоны: полярные пустыни, тундры, леса умеренного климата (хвойные, лиственные, степи, саванны, пустыни и тропические леса.
Гидросфера – жидкая оболочка планеты.
В понятие гидросферы включаются все типы водоёмов. Принято деление гидросферы на мировой океан, континентальные и подземные воды. Океан занимает около 71 % поверхности суши, тогда как внутренние водоёмы занимают около 5 %. В понятие воды как среды жизни, включается обязательное наличие растворимых и взвешенных в ней веществ, в том числе имеющих органогенное происхождение. Жизнь распространена в гидросфере по всей её толщине, встречаясь даже в самых глубоководных океанических впадинах – на глубине до 11 км. Здесь, в условиях полной темноты и колоссального (более 100 атмосфер) давления, обнаружены устойчивые и достаточно богатые видами сообщества содержащие бактерий, одноклеточных и многоклеточных животных.
Водная оболочка земли как среда обитания обладает и другими свойствами. Вода отличается довольно низким содержанием растворённого в ней кислорода.
Большое значение имеет плотность воды. Плотность воды в 800 – 1000 раз больше плотности воздуха. В результате водные организмы сталкиваются с достаточно мощными силами гидродинамического сопротивления, что направило эволюцию многих групп животных на формирование органов и биомеханических типов движения, снижающих любое сопротивление и повышающих эффективность энергозатрат на плавание. В связи с высокой плотностью среды организмы лишены связи с субстратом, и это открывает для них возможности существования в толще воды. В толще Мирового океана и других водоёмов сложились комплексы живых организмов «парящих» в воде. Жизнь распространена в гидросфере по всей её толщине, даже в глубоководных впадинах, где организмы приспособлены к огромному давлению благодаря особым биохимическим реакциям.
Литосфера
Литосфера – верхняя твёрдая «каменная» оболочка Земли, постепенно преходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества. Она включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии Земли. Характерная часть верхней мантии – её расслоённость. На глубине около 100 км под материками и 50 км под океанами ниже подошвы земной коры находиться астеносфера. Предполагают, что вещество там находиться в твёрдо-жидком состоянии. Выше астеносферы породы мантии находятся в твёрдом состоянии и совместно с земной корой образуют литосферу. Таким образом, считается что мощность литосферы составляет 50 – 200 км, в том числе земной коры до 75 км на континентах и 10 км под дном океана. В настоящее время установлено, что более чем на 80 % земная кора состоит из кислорода, кремния, алюминия. Менее всего земная кора содержит инертных газов, что связано с высокой их подвижностью, они легко переходят в атмосферу.
Рассматривая литосферу, обычно в первую очередь имеют в виду её поверхностную часть, измельченную в процессе физического, химического и биологического действия и содержащую минеральное и органическое вещество. Эту часть литосферы называют почвой.
Почва представляет собой сложную систему, включающую твёрдую часть (минеральные частицы), жидкую (почвенная влага) и газообразную фазы. Соотношение этих трёх составляющих определяет основные физические свойства. По размерам твёрдые частицы в почве подразделяются на крупные (более 30 мм в диаметре), обломки материнских пород, гальку (30 – 3 мм), гравий (3 – 1 мм), песок (1 – 0,25 мм), пыль (0,25 – 0,01 мм), ил (частицы диаметром менее 0,01 мм). Соотношение этих категорий частиц формирует механический состав почв. По этому признаку различают почвы песчаные (содержат более 90 % песка), супесчаные (80 % песка), лёгкие и средние суглинки и тяжёлые суглинки. Тяжёлые 40 – 30 % глины; средние 20 – 30 %, легкие менее 20 %.
Отдельные минеральные частицы склеиваются друг, с другом образуя более или менее крупные агломерации, пространство между ними заполнено воздухом (газообразная фаза) и водой (жидкая фаза). Соотношение разных агрегаций минеральных частиц и соответственно пространство между ними определяет структуру почвы – комковатая, глыбистая, ореховатая, крупнозернистая, пылеватая. Механический состав и структура почвы зависят от аэрации почв, их влажности, теплоёмкости, термического режима, а так же условий передвижения в почве животных, распределения корней древесных и травянистых растений.
Вода – почвенная влага, может находиться в трёх состояниях: гравитационном, капиллярном и прочносвязанном (гигроскопическом). Гравитационная вода заполняет относительно крупные поры и полости в почве. Она доступна для растений. Проникая в почву с поверхности суши, главным образом в результате выпадения осадков, эта часть жидкой фазы представляет собой довольно сложный раствор.
Молекулы воды в силу молекулярного притяжения легко образуют пленку вокруг минеральных и коллоидных частиц в почве. Такая плёнка толщиной 2 – 3 молекулы воды удерживается на поверхности частиц с большой силой, поэтому гигроскопическая влага недоступна растениям.
Воздух заполняет поры и полости свободные от воды. Воздух проникает в почву из атмосферы, путём диффузии газов между атмосферой и поверхностными горизонтами почвы по градиенту давления; физически газообмен идёт непрерывно. Кислород активно в почве поглощается в процессе движения живых организмов и разложения органических веществ. В поверхностный слой почвы выделяется значительное количество углекислого газа СО2. Так летом до 3 – 10 л на см3.
Органическое вещество является обязательным компонентом почвы. Оно образуется в результате разложения мёртвых организмов. В лесной подстилке, степном войлоке идёт медленное разложение растительных и животных остатков. Образующиеся растворимые вещества и мелкие органические частицы попадают в почву, где подвергаются интенсивным процессам разложения с участием беспозвоночных животных, грибов и бактерий. Определённую роль в создании гумуса играет и почвенная фауна.
Как среда жизни почва занимает как бы промежуточное положение между атмосферой и гидросферой, она обладает структурированностью, здесь возможно обитание организмов дышащих как по водному, так и по воздушному типу, имеет место вертикальный градиент проникновения света, еще более резкий, чем в гидросфере. Всё это определяет распространение жизни в почве: если микроорганизмы встречаются по всей её толщине, то растения связаны лишь с наружными горизонтами (и то в основном корневой системой). Беспозвоночные животные обитают главным образом в верхних горизонтах почвы. Норы и ходы грызунов, некоторых насекомых и червей проникают в почву на глубину не более 5 – 7 метров. Этим практически ограничивается распространение жизни в каменной оболочке Земли – литосфере. Нахождение рыб в подземных водоёмах, расположенных на глубине около 100 м, а так же бактерий в водах, сопровождающих залежи нефти на глубине до 3 км, лишь формально отодвигает границу распространения жизни в литосфере, так как в обоих случаях идёт речь лишь о своеобразных участках гидросферы.