Горное дело и окружающая среда доцент кафедры ТПР

Скачать презентацию Горное дело и окружающая среда доцент кафедры ТПР

лекция01-09-экосистемы биосфера.ppt

Количество слайдов: 32

Горное дело и окружающая среда доцент кафедры ТПР, доктор технических наук, доцент Горбунова Ольга Анатольевна 2012 / 2013 уч. год

В процессе функционирования промышленных объектов неизбежно накапливаются все возрастающие объемы отходов, воздействие которых уже не локализуется восстановительными или ограничительными природными процессами. Дальнейшее безоглядное пользование природой и ее ресурсами ведет к экологической катастрофе. Современная кризисная ситуация требует экологизации всех наук и всей человеческой деятельности. Курс «Горное дело и окружающая среда» в МГГУ

Курс «Горное дело и окружающая среда» в МГГУ: Отличительные черты: 1. «Кругозорность» 2. «Мозаичность» 3. Дискуссионность Начальные понятия в смежных дисциплинах: 1. Прикладная экология, закономерности биосферы 2. Рациональное природопользование, ресурсосбережение, современная энергетика Форма занятий: 3. Оценка техногенных ресурсов и целесообразность извлечения ценных компонентов из отходов обогащения 1. Лекции-презентации 4. Организация и содержание хвостохранилищ 2. Доклады-презентации Отчетность : Зачет-тест ( «ЕГЭ» ) 30 мин=30 вопросов=3 ошибки 5. Химия и технология цементов, направленное регулирование строительно-технических свойств закладочных цементных смесей с помощью добавок 6. Технология закладочных смесей на основе местных отходов горного производства 7. Захоронение токсичных и радиоактивных отходов в горных выработках и геологических формациях

ВОЗДЕЙСТВИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ПОДСИСТЕМЫ БИОСФЕРЫ

ЗАКЛАДКА ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА ЦЕМЕНТНЫМИ СМЕСЯМИ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ

ПОДЗЕМНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЯХ Массив хранилища Глиняный курган Геомембрана Дренирующий слой Защитный слой из глины Защитный слой гравия Плодородный грунт А где же «зеленая лужайка» ? !

Горное дело и окружающая среда может быть, сразу ЗАЧЕТ ?

§ 1. Закономерности развития биосферы. Экология – наука о связях, на которых основывается устойчивость всех форм жизни на нашей планете. Основными задачами экологии являются: 1 - исследование закономерностей организации жизни, в том числе - в связи с антропогенными, т. е. являющимися результатом человеческой деятельности, воздействиями на природные системы; 2 - создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов; 3 -прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека; 4 - сохранение среды обитания человека. Прикладная экология как наука основана прежде всего на разных отраслях биологии, но также связана с другими естественными науками –химией, геологией, физикой, географией, математикой. Прикладная экология, кроме того, неотделима от экономики, права, морали, так как только в союзе с ними можно коренным образом изменить отношение людей к природе.

Биосфера – «сфера жизни» - оболочка Земли, включающая в себя область распространения живого вещества и само это вещество. верхняя часть (до 3 км) литосферы, т. е. твердой оболочки Земли гидросфера – совокупность всех вод Земли нижняя часть атмосферы, т. е. газообразной оболочки Земли до озонового слоя (примерно 25 км). В биосфере существует замкнутый круг взаимозависящих и взаимоприспособленных организмов и процессов: -среди которых нет ни одного лишнего, нет «плохих» и «хороших» ; -все необходимы для нормального развития, каждый выполняет свою функцию, -отходы жизнедеятельности одного являются условием жизни другого.

Пример биогеохимического круговорота веществ – круговорот фосфора: Животные и растительные организмы своей деятельностью при жизни и биомассой после смерти миллиарды лет создавали и совершенствовали условия, благоприятные для жизни, т. е. БИОСФЕРУ, прежде чем появился человек и через несколько сотен тысяч лет начал разрушать ее своей (иногда неразумной) деятельностью

В ходе эволюции выработались два типа питания организмов — автотрофное и гетеротрофное, и три группы организмов — продуценты, консументы и редуценты. Автотрофное, т. е. самостоятельное, питание основывается на непосредственном преобразовании неорганических веществ — воды, азота, фосфора, углекислого газа — в органические с помощью солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Этот тип питания присущ зеленым растениям, хотя некоторые бактерии тоже являются автотрофами. Гетеротрофное питание — это питание уже готовыми органическими веществами; оно присуще в основном животным и большинству микроорганизмов

У каждой группы организмов своя специализация в обеспечении условий совместного проживания: Гетеротрофы подразделяются на консументов и редуцентов Автотрофы являются продуцентами (производителями), т. е. организмами, создающими органическое вещество из неорганического. При этом они потребляют излишки углекислого газа, образующегося в процессе жизнедеятельности гетеротрофов, и снабжают последних пищей и кислородом. Консументы (потребители) питаются живыми «телами» растений — это консументы первого порядка. Хищники питаются другими животными – это консументы второго порядка и более высоких порядков. В результате пищеварительного процесса в телах консументов осуществляется первичное измельчение и разложение органики, облегчающее деятельность редуцентов. Редуценты (восстановители), представленные бактериями, червями, грибами, моллюсками и прочими, окончательно разлагают органическое вещество, содержащееся в отходах и трупах. Тем самым редуценты восстанавливают неорганические вещества (азот, фосфор, воду, газ и др. ) в их первоначальном виде, пригодном для питания продуцентов.

Схема простой пищевой цепи и передачи энергии Конечно, абсолютно замкнутым круговорот веществ в биосфере никогда не был, часть веществ (углерод, кальций и др. ) выпадала из него, образуя залежи полезных ископаемых. Человек, извлекая и неполно используя эти «отходы природы» , способен превращать их из безопасных в опасные.

Наблюдаемый в наше время экологический кризис — это, в первую очередь, кризис редуцентов, не справляющихся с количеством и качественным составом образующихся отходов человеческой деятельности.

За миллиарды лет развития природа для каждого продуцента и консумента создала своего редуцента, и ни один организм в естественных условиях не остается неразложившимся (за исключением случаев мумификации) Но человек за последнее столетие создал тысячи новых соединений, природе не известных или отвергнутых ею в ходе эволюции как опасных для жизнедеятельности организмов Соответственно редуцентов, способных вернуть эти соединения в исходное состояние, в природе не существует В результате, с одной стороны, быстро накапливаются захламляющие и отравляющие природу вещества, а с другой — истощаются исходные ресурсы

СОРТИРОВКА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ В РАЗВИТЫХ СТРАНАХ

Продуцентам с консументами тоже приходится нелегко. Люди истребляют их как прямо — вырубая леса или отстреливая животных сверх их возможности к восстановлению, так и косвенно — через загрязнение воды, почвы и воздуха.

Круг, созданием которого природа обеспечила возможность относительно бесконечной дальнейшей эволюции живого вещества, размыкается человеком. Возможно, природа опять найдет выход, но не произойдет ли это ценой ликвидации «возмутителя спокойствия» Человека – через создание неприемлемых для его существования условий, т. е. резкое изменение экологических факторов?

§ 2. Экологические факторы. Жизнь любого организма зависит от определенного состояния окружающих его веществ и процессов. Эти условия подразделяются на абиотические и биотические экологические факторы. Абиотические факторы подразделяются на климатические и почвенно-грунтовые К биотическим факторам относится вся совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие

К климатическим факторам относятся следующие: 1. Поступающая от Солнца энергия и периодическая - по времени суток и года смена освещенности (фотопериодизм). Видимый спектр солнечных лучей (длина волны 0, 4 -0, 76 мкм) нас освещает, инфракрасный согревает, а ультрафиолетовый (0, 4 -0, 3 мкм) - кормит, участвуя в фотосинтезе, и, в небольших дозах, оздоровляет. Однако ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0, 3 мкм крайне вредны и даже смертельны для живых организмов. 2. Влажность атмосферного воздуха и количество осадков. 3. Газовый состав атмосферы, в норме состоящий из смеси азота (78, 09%), кислорода (20, 05%), углекислого газа (0 03%) и других газов, включая озон в верхних слоях. Азот участвует в создании белков, образующих массу тела живых организмов, в которые он попадает в результате деятельности микроорганизмов, способных его усваивать из воздуха и передавать почве и растениям. Кислород входит в состав белков, жиров и углеводов, обеспечивая окисление питательных веществ в клетках, что является источником энергии живых организмов. Углекислый газ участвует в фотосинтезе растений, а также является регулятором солнечного и ответного земного излучения тепловых лучей. Озон является «зонтиком» , задерживающим смертельные для жизни ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0, 3 мкм. 4. Температура. 5. Ветер и атмосферное давление.

К почвенно-грунтовым факторам относятся : почвы различной плодородности, формирующиеся в результате взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов, и вода различной степени прозрачности, кислотности и наличия растворенных газов, особенно кислорода.

К биотическим факторам относится вся совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Воздействие происходит как внутри видов через половозрастные отношения, совместную охоту и защиту от врагов или, наоборот, борьбу за пищу и территорию, так и между видами.

Все виды взаимодействия между организмами необходимы для каждого из них в отдельности и для нормального развития Жизни в целом, так как способствуют естественному отбору сильнейших, наиболее здоровых и приспособленных организмов и поддержанию их количества на уровне, позволяющем всем видам нормально развиваться. В этом смысле хищник так же нужен жертве, как и она ему. Но существует и такой тип взаимоотношений, как аменсализм, при котором один организм (ингибитор) губит другой организм (аменсал), не получая для себя никакой выгоды. В современную эпоху человек все больше становится по отношению к другим организмам не только хищником, что биологически оправдано, но и ингибитором. Хозяйственно осваивая все новые территории, загрязняя воздух, воду и почву, человек оказался главной причиной исчезновения многих видов животных и растений, резко ухудшив среду их обитания.

Жизнь любого организма складывается под воздействием множества факторов, как биотических, так и абиотических. При этом организму нужно для нормального существования не просто наличие какоголибо условия, например температуры, минеральных солей, а строго определенных его максимальных и минимальных значений. При этом разные организмы обладают разной толерантностью, толерантностью т. е. степенью устойчивости, величиной выносливости к изменениям тех или иных факторов. Одни гибнут при температуре выше 50°С, а другие выдерживают кипячение. Возможно, что именно в этом будет состоять спасение Природы от слишком неразумного воздействия человека. Например, дозы радиации или загрязняющих веществ, смертельные для человека, не являются таковыми для некоторых растений и животных. Например, высокой толерантностью обладают тараканы, голуби, черепахи. Поэтому к тому моменту, когда человек создаст невыносимые для себя условия, какая-то жизнь еще останется и продолжит эволюцию.

§ 3. Экологические системы и цепные реакции в них. В настоящее время человек способен оказывать влияние практически на все экологические факторы если не прямо, то косвенно. Последствия могут иметь любые резкие изменения человеком любого экологического фактора, особенно без учета отдаленных результатов неизбежных цепных реакций. Под цепной реакцией в природе понимается цепь природных явлений, каждое из которых влечет за собой изменение других связанных с ним явлений. Сообщество взаимодействующих живых организмов, состоящее из продуцентов, консументов и редуцентов, называется биоценозом. Биоценоз представлен приспособленными друг к другу растительностью, животными и микроорганизмами. Территория с присущими ей абиотическими факторами, занятая определенным биоценозом, называется биотопом. Совокупность биотопа и биоценоза составляет биогеоценоз. Близким по смыслу, а часто и взаимозаменяемым понятием, является экосистема. Однако биогеоценоз всегда связан с определенной частью земной поверхности, а экосистемой может быть любая система живых и неживых компонентов: и космический корабль, и любой биогеоценоз.

Пример цепной реакции в природе. Вырубка леса в бассейне реки (отмечено крестами) приводит к усыханию малых рек — притоков (1), снижению уровня грунтовых вод (от линии а до линии б), уменьшению влажности почвы, снижению уровня воды в реке и озере (4 -5). Это вместе с другими факторами ведет к недостатку воды в городе (7), гибели рыбы (3), развитию цианей (сине-зеленых «водорослей» ) и других водных организмов. Строительство плотины (6) и ирригационной системы (2) в целях накопления воды в реке и нормального режима увлажнения на полях не решает проблемы поддержания уровня грунтовых вод и прекращения усыхания озера. Напротив, расход воды на испарение в оросительных системах и с поверхности водохранилища усугубляет недостаток речного стока в озеро, задерживает твердый сток, а подпор вод плотиной вызывает подтопление местности, ее заболачивание (8). Ирригация вызывает дополнительное засоление почв, требующих промывки, а значит, большего расхода поливных вод, с которыми в водоем смываются органика и удобрения, загрязняя его.

В настоящее время масштабы антропогенного воздействия на биосферу так резко возросли, что реальной стала угроза недопустимого видового обеднения, опустынивания, термодинамического и теплового кризисов. Окончательные последствия воздействия на экосистемы могут проявиться через несколько десятилетий самым неожиданным образом. И во многих случаях отрицательные экологические и экономические последствия в будущем значительно превосходят тот положительный эффект, ради которого осуществлялось это воздействие. Избежать экологической катастрофы можно, только обеспечив переход биосферы в стадию ноосферы, ноосферы т. е. в стадию разумного управления антропогенными процессами, целью которого должна быть не победа над природой, а проникновение в сущность действующих в ней экологических законов и организация деятельности в соответствии с их требованиями.