Математическое моделирование окружающей среды

При изучении любого явления вначале получают качественное описание проблемы. На этапе моделирования качественное представление переходит в количественное. На этом этапе определяют функциональные зависимости между переменными для каждого варианта решения и входных данных выходные данные системы. Построение моделей – процедура неформальная и очень сильно зависит от опыта исследователя, всегда опирается на определённый опытный материал. Модель должна правильно отражать явления, однако этого мало – она должна быть удобной для использования. Поэтому степень детализации модели, форма её представления зависят от исследования.

Изучение и формализация опытного материала – не единственный способ построения математической модели. Важную роль играет получение моделей, описывающих частные явления, из моделей более общих. Сегодня математическое моделирование применяют в различных областях знаний, выработано немало принципов и подходов, носящих достаточно общий характер.

Преимущества математических моделей состоят в том, что они точны и абстрактны, передают информацию логически однозначным образом. Модели точны, поскольку позволяют осуществлять предсказания, которые можно сравнить с реальными данными, поставив эксперимент или проведя необходимые наблюдения.

Модели абстрактны, так как символическая логика математики извлекает те и только те элементы, которые важны для дедуктивной логики рассуждения, исключая все посторонние значения.

Недостатки математических моделей заключаются часто в сложности математического аппарата. Возникают трудности перевода результатов с языка математики на язык реальной жизни. Пожалуй, самый большой недостаток математической модели связан с тем искажением, которое можно привнести в саму проблему, упорно отстаивая конкретную модель, даже если в действительности она не соответствует фактам, а также с теми трудностями, которые возникают иногда при необходимости отказаться от модели, оказавшейся неперспективной.

Математика создает условия для развития умения давать количественную оценку состояния природных объектов и явлений, 'положительных и отрицательных последствий деятельности человека в природном и социальном окружении. Текстовые задачи позволяют раскрыть вопросы о среде обитания, заботы о ней, рациональном природопользовании, восстановлении и приумножении ее природных богатств. Каждый курс математики может вносить вклад в формирование экологического сознания.

Математики отличаются от нематематиков тем, что, обсуждая научные проблемы говорят друг с другом и пишут на особом «математическом языке»: Это не пижонство, это необходимость, поскольку на математическом языке многие утверждения выглядят яснее, прозрачнее, чем на обычном языке.

Приведем несколько знакомых утверждений.

1) «От перемены мест слагаемых сумма не меняется».

«Чтобы сложить две обыкновенные дроби с одинаковыми знаменателями, нужно сложить их числители, а знаменатель оставить без изменения».

Математик переводит высказанные утверждения на математический язык, в котором используются различные числа, буквы (переменные), знаки арифметических действий и другие символы.

Вот так выглядят на математическом языке высказанные два утверждения:

1) а + b = b + a;2)

При переводе с математического языка на обычный язык получится более длинное предложение.

Например, на математическом языке распределительный закон умножения пишется так: а(b + с) = аb + ас.

А на обычном языке:

«Чтобы умножить число а на сумму чисел b и с, нужно число а умножить поочередно на каждое слагаемое и полученные произведения сложить».

Что мы называем «математической моделью»?

Алгебра, в основном, занимается тем, что описывает различные реальные ситуации на математическом языке в виде математических моделей, а затем разбирается уже не с реальными ситуациями, а с этими моделями, используя различные правила, свойства, законы, выработанные в алгебре.

Приведем математические модели: нескольких реальных ситуаций:

Реальная ситуация Математическая модель

1. В классе девочек и мальчиков поровну a = b

2. Девочек на 2 больше, чем мальчиков а - b= 2 или а = b 2 или а-2=b

3 Если из класса уйдут 3 девочки, то мальчиков b=3(a-3)

станет в 3 раза больше

Возникает вопрос, зачем нужна математическая модель в реальной ситуации, что она нам дает, кроме краткой выразительной записи? Чтобы ответить на этот вопрос, решим следующую задачу.

3 а д а ч а. В классе девочек вдвое больше, чем мальчиков. Если из этого класса уйдут три девочки и придут три мальчика, то девочек будет на 4 больше, чем мальчиков. Сколько учеников в данном классе?

Решение. Пусть х — число мальчиков в классе, тогда 2х — число девочек. Если три девочки уйдут, то останется (2х-3) девочек. Если придут три мальчика, то станет (х+3) мальчиков. По условию, девочек будет тогда на 4 больше, чем мальчиков. На математическом языке это записывается так: (2х-3)-(x+3) = 4. Это уравнение - математическая модель задачи. Используя известные нам правила решения уравнений, последовательно получим:

2х-3-х-3=4 (раскрытие скобки), х-6=4 (привели подобные слагаемые), х=6+4, х =10.

Теперь мы можем ответить на вопрос задачи. В классе 10 мальчиков, значит 20 девочек (вы помните, их по условию было в два раза больше), значит всего в классе 30 учеников. Если вы заметили, то в ходе решения задачи было четкое разделение рассуждения на три этапа.

На первом этапе была составлена математическая модель (в виде уравнения (2х-3)-(х+3) =4.

На втором этапе, применив свои знания, мы решили эту модель, точнее довели до самого простого вида (х = 10).

На этом этапе мы не думали ни про девочек, ни про мальчиков, а выполнили «чисто» математические действия.

На третьем этапе мы использовали полученное решение, чтобы ответить на вопрос задачи.

Экологизация математики будет способствовать получению учащимися знаний об окружающем мире и его экологических проблемах.

1. Лес - санитар атмосферы. Один гектар еловых насаждений может задерживать в год до 32 т пыли, сосновых - до 35 т, вяза - до 43 т, дуба - до 54 т, бука — до 68 т. Сколько тонн пыли задержат 10 га ельника за 3 года? 3 га дуба за 6 месяцев?

2. С самой маленькой струйкой из неисправного крана в сутки вытекает 150 л воды.

- а) Сколько литров воды может быть потеряно 20 семьями за 10 дней, если в квартире каждой семьи неисправен хотя бы один кран? б) Одна перловица длиной 5-6 см при температуре 20° С очищает до 16 л воды в сутки. Сколько ей придется работать, чтобы восстановить упущенную воду?

3. Ученые и специалисты объявили Калмыкию районом экологического бедствия. Площади подвижных песков Калмыкии составляют 560 тыс. га и ежегодно увеличиваются еще на 40 тыс. га. Зная, что площадь Калмыкии 76 тыс. км3, подсчитайте, через сколько лет в Европе по вине человека возникнет самая настоящая пустыня?

4. Какова площадь всех лесов мира, если леса нашей страны занимают площадь 791,6 млн. га,' что составляет пятую часть всех лесов мира?

Наблюдения и подсчеты показали, что слой почвы толщиной 18 см смывается, находясь без использования, за 15 лет, под посевами в 3,5 раза медленнее, чем «под паром», а под лесом - в 150 раз медленнее, чем под посевами. Определите, во сколько раз медленнее смывается слой почвы, находящийся под лесом, чем «под паром»?

Липа мелколистная живет в лесу до 400 лет, а в городских условиях в 2,5 раза меньше. Сколько лет может прожить липа в городе? Как вы думаете, почему снижается продолжительность жизни деревьев в городе?

Естественный радиоактивный фон воздействует на каждого человека. В результате внутреннего и внешнего облучения человек в течение года в среднем получает дозу в 0,1 бэр. Какое количество облучения за всю жизнь получает человек. Без большого риска за всю жизнь человек может набрать 35 бэр. )

В настоящее время леса на планете занимают около 40 млн км2. Ежегодно эта величина уменьшается на 2%. Когда планета останется без своих «легких», если этот процесс не остановить?

9. В Африке раньше леса занимали 60% территории, в настоящее время - только 17%. На сколько млн км2 сократилась площадь лесов Африки, если ее территория 30,3 млн км2?

В Сибири ежегодно вырубают 600 тыс. га леса, столько же гибнет от пожаров. Искусственно восстанавливают 200 тыс. га в год. (Чтобы компенсировать вырубку, необходимо ежегодно сажать 1,5 млн га леса. ) Какой процент лесов восстанавливают от того, что необходимо?

В мире ежегодно добывается 1600 млн м3 древесины, около 20% всей древесины идет на топливо.

Сколько кубических метров древесины ежегодно сжигается?

На Маскаренских островах из 28 местных видов птиц вымерло 24. Определите этот, самый высокий в мире, процент исчезнувших видов птиц?

В суровую зиму в лесу может погибнуть до 90% птиц. Если в лесу обитало 3400 птиц, то каково количество оставшихся? В чем состоит основная причина их гибели?

Расселение сибирской сосны (кедра) там, где были вырубки или пожары, происходит во многом благодаря птице кедровке, которая прячет орешки в лесную подстилку, создавая себе запасы. Обычно кедровка находит только 20% своих запасов, а остальные прорастают. Во скольких местах останутся орешки для прорастания, если кедровка устроит себе за пасы в 25 местах?

В результате эрозии почв снижается их плодородность, понижается уровень грунтовых вод, мелеют реки и т. п. За последние 100 лет подверглись эрозии 27% всех обрабатываемых земель. Сколько гектаров это составило, если обрабатываемые земли занимают около 4 млрд. га?

Выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта в 1992 г. на территории г. Новгорода составили 72 тыс. т, в том числе: оксида углерода - 58 тыс. т, углеводорода - 10 тыс. т, оксидов азота - 4 тыс. т.

Определите процентное содержание каждого из этих веществ в общем количестве выбросов.

В 1928 г. профессором Б. П. Токиным было выявлено ценное свойство многих лесных видов растений: выделять летучие вещества (фитонциды), которые способны убивать ряд болезнетворных микро организмов. Если в воздухе промышленных городов в 1 м3 содержится 50 000 бактерий, то в лесу, благодаря действию фитонцидов, всего лишь 200 бактерий. На сколько процентов уменьшается количество бактерий в воздухе лесной "зоны?

Из всего забора свежей воды по Ср. Азии (117 037 млн м3) на долю промышленности приходится 49%, на сельское хозяйство - 34%, на жилищно-коммунальное хозяйство - 13%, на транспорт - 4%.

В промышленности большая часть воды расходуется в энергетике (около 60%). Сколько литров воды приходится на долю энергетики?

Количество недоедающих в 1992 г. составляло более 500 млн. человек, а к концу века возросло до 532 млн. человек (по оценкам специалистов ООН). На сколько процентов увеличилась численность лю дей, живущих ниже черты бедности?

Из каждых 100 семей в развивающихся странах 72 живут в лачугах и трущобах, а в Африке – до 92. Характерные особенности этих поселений отражены в их названиях: в Латинской Америке - (грибы), во франкоязычной Африке - (консервные города). Каков процент семей, живущих без элементарных санитарно-гигиенических удобств? Какие проблемы охраны окружающей среды и здоровья людей возникают в связи с этим?

21. От промышленных загрязнений страдают реки и леса. Например, Швеция имеет более 100 тыс. озер на своей территории, из них 18 тыс. - «мертвые», лишенные жизни водоемы. Какой процент от всех озер

Швеции составляют «мертвые озера»?

22. Около 10 тыс, лет назад Земля была покрыта бескрайними лесами, площадь которых составляла более 6 млрд га. Расчистка лесов под пашню и пастбища, промышленные лесозаготовки уменьшили площадь лесов на одну треть. На сколько процентов произошло уменьшение площади лесов?

23. Расширение потребностей общества, начиная с XVI в. , ускорило уничтожение лесов в Западной Европе. Так, площадь лесов Франции, занимавших когда-то 80% территории страны, уже к 1789 г. сократилась до 14%. (Минимальный показатель за всю историю. ) Какую площадь стали занимать леса Франции к концу XVIII в. ?

24. В России -из всего забора свежей воды (117 037 млн м3) самое большое количество приходится на долю промышленности, сельского хозяйства и жилищно-коммунального хозяйства. Решив пропорции, вы узнаете, сколько это составляет в процентном отношении.

Промышленность:х : 28 = 7 : 4

Сельское хозяйство:2 : х = 6 : 102

Коммунальное хозяйство: 9,1 : 4,2 = х : 6

25. Подсчитано, что для нормальной жизни в промышленном городе на каждого жителя необходимо иметь 25 м2 зеленых насаждений. Какова должна быть площадь зеленых насаждений в г. Новгороде, если в нем проживает около 248 тыс. человек? (Содержание пыли в воздухе на озелененной улице в три раза меньше, чем на улице без деревьев. ) Как вы считаете, до статочно ли зеленых насаждений в нашем городе?

26. Наибольшая опасность - загрязнение биосферы в результате деятельности человека. Так как радиоактивные излучения могут вызвать серьезные изменения в организме человека, каждый должен знать допустимые его дозы. В каких местностях ежегодная доза облучения может быть выше нормы?

450 бэр тяжелая степень лучевой болезни (гибель 50% облученных)

100 бэр нижний уровень развития. легкой степени лучевой болезни

75 бэр кратковременные незначительные изменения состава крови

30 бэр облучение при рентгеноскопии желудка

25 бэр допустимое аварийное (разовое)

облучение персонала

10 бэр допустимое аварийное (разовое)

облучение населения

5 бэр Допустимое облучение персонала в научном центре за год

3 бэр облучение при рентгеноскопии зубов

500 мбэр допустимое облучение населения за год

100 мбэр фоновое облучение за

1 мкбэр просмотр одного хоккейного матча по телевизору

27. Часовая доза радиации, смертельная для 50% организмов, составляет 400 бэр - для человека, 1000- 2000 бэр - для рыб и птиц, 1000-150 тыс. бэр – для растений, 100 тыс. бэр - для насекомых. Постройте столбчатую диаграмму.

28. Количество «городов-миллионеров»:в середине XIX в. - 4; в 1920 г. - 25; в 1960г. -140;в настоящее время около 200. Постройте столбчатую диаграмму роста числа городов-миллионеров.

29. Проблема экологии городов - это, в первую очередь, проблема уменьшения выбросов в окружающую среду различных загрязнителей. Для разложения в природной среде бумаги требуется до 10 лет, консервной банки - до 90 лет, фильтра от сигареты - до 100 лет, полиэтиленового пакета - до 200 лет, пластмассы - до 500 лет, стекла - до 1000 лет. Вспомните об этом, прежде чем бросить в лесу полиэтиленовый пакет или бутылку. Постройте соответствующую столбчатую диаграмму.

30. 20 кг макулатуры сохраняют 1 крупное дерево, 1 т - 0,5 га леса среднего возраста. Процент переработки макулатуры: - Япония - 50%;

Швеция-40%; Латинская Америка - 32%; США-29%;Россия - 19%;

Африка-17%.

Постройте столбчатую диаграмму для сравнения переработки макулатуры разными странами.

31. Экологическая угроза исчезновения для позвоночных животных: разрушение местообитания - для 67% видов; переэксплуатация - для 37% видов; интродукция новых видов, которые заняли ниши прежних - для'19% видов; другие факторы риска - для 10% видов.

Постройте столбчатую диаграмму для сравнения причин исчезновения различных видов животных. -,

32. Структура мирового энергопотребления: уголь-28%, нефть - 33%, газ - 18%, гидроэнергия - 6%, ядерная энергия - 4%, нетрадиционные источники -0,4%. Постройте столбчатую диаграмму мирового потребления энергии, Расскажите о нетрадиционных источниках добычи энергии.

значениями

33. Постройте график динамики роста населения Земли, используя следующие данные: в XIX в. отмечен 1 млрд жителей, 2 млрд - в конце 20-х годов нашего века (примерно через 110 лет), 3 млрд - в конце 50-х годов (через 32 года), 4 млрд - в 1974 г. (через

14 лет), 5 млрд - в 1987 г. (через 13 лет), в 1992 г, население составило более 5,4 млрд человек. По оценкам специалистов ООН к началу XXI в. оно достигнет 6 млрд. человек. Какие факторы влияют на рождаемость, состояние здоровья, смертность и среднюю продолжительность жизни людей?

34. Известно, что учет населения проводился в Египте и в Китае еще до нашей эры. Решив квадратное уравнение 4а2 - 24а + 36 = 0, вы определите, в каком это было тысячелетии до н. э.

35. На основе статистических данных можно вы делить регионы с максимальным сбросом загрязненных вод: это Краснодарский край и Москва. Сколько процентов общего количества загрязненных вод дают эти регионы, вы узнаете, решив уравнение х2 – 19х + 88 = 0.

36. Кислотные осадки разрушают сооружения из мрамора и других материалов. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, за последние годы разрушаются прямо на глазах. «Миро вой рекорд» принадлежит одному шотландскому городку, где 10 апреля 1974 г. выпал дождь скорее напоминающий столовый уксус, чем воду. Устно решите уравнения и прочитайте название этого «знаменитого» городка.

[Питлохри. ]

х2 = 0,49 Корней нет И

х2+ 16 = 0 28 X

2х2 - 4 = 0 16 0

- 6 = 0 ±1 И

2-8 = 0 -2; -8 Р

= 5 ± Т

(х + 5)2 = 9 ±0,7 п

4х2 – 4 = 0 36 л

44. В одном колосе ржи до 66 зерен. Всхожесть сохраняется до 32 лет. Подсчитайте урожай 10 колосков ржи за 5 лет.

45. Осетр живет 50 лет. Каждый год он мечет 300 тыс, икринок, выметывая за свою жизнь более 15 млн. Подсчитайте потенциально возможное потомство 3 самок за 10 лет.

46. На ферме коров кормили несколько дней двумя видами корма. В 1 центнере первого вида корма содержится 15 кг белка и 80 кг углеводов. В 1 центнере второго вида содержится 5 кг белка и 30 кг углеводов. Сколько центнеров составляет каждый вид корма, если весь корм составляет 10,5 ц белка и 58 ц. углеводов?

Решение:

БелокУглеводы

115 кг 80 кг

2 5 кг 30 кг итого: 10,5 ц. 58 ц.

Пусть х центнеров корма 1 вида, у ц. – второго вида корма. Учитывая условие, составим систему уравнений:

0,15х + 0,05 у = 10,5

0,8х + 0,3 у = 58

Решив ее получим: х = 50, у = 60

Три барана и корова за день съедают 11 кг комбикорма, а 1 баран и 3 коровы – 17 кг. Сколько кг комбикорма съедает 1 баран и 1 корова за день по отдельности?

Решение:

Ежедневный рацион: К-во животных Съеденный корм

БараныХ 11 кг33х

КоровыУ1у

БараныХ 17 кг1х

КоровыУ33у

Составим систему уравнений: 3х + у = 11 х + 3у = 17

Решив ее получим: х = 2, у = 5

Ответ: 2 кг – съедает баран, 5 кг – корова.

Двое рабочих изготовили 131 деталь. Из них 65 деталей изготовил 1 рабочий, причем на это ему потребовалось затратить на 1 день меньше, чем второму. В день первый рабочий изготавливает на две детали больше, чем второй. Сколько деталей изготавливали рабочие за день совместной работы?

Решение

Продуктивность рабВремя вып. Вып работа

1(х + 2)65/(х+2) 65

2 х66/х66 т. к. время первого рабочего на один день меньше, чем у второго, составим уравнение 66/х -65/(х+2) = 1, решив уравнение получим: х = 11

Ответ: вместе изготовили 24 детали.

Состояние растительности и животного мира.

Важнейшим компонентом городской территории являются зеленые массивы (городские леса, парки, сады и луга) и населяющие их насекомые, птицы и животные. Растительность, как средовосстанавливающая система, обеспечивает комфортность условий проживания людей в городе, регулирует (в определенных пределах) газовый состав воздуха и степень его загрязненности, климатические характеристики городских территорий, снижает влияние шумового фактора и является источником эстетического восприятия. К примеру, один гектар леса производит за год 10 тыс. кг. древесины и листьев, при притоке солнечной энергии за год 3,8·1010 кДж/га. В каждом грамме производимых веществ заключено в среднем 19 кДж. Сколько процентов падающей энергии использует лес?

Исходные данные: В экосистемах растительная масса во много раз превышает животную. В целом биомасса составляет лишь 0,01% массы всей биосферы. В среднем биомасса на Земле, по современным данным, составляет примерно 2,856·1012 т, при этом масса зеленных растений суши – 97%, животных и микроорганизмов – 3%. Зеленые растения земного шара образуют в год около 100 млд. тонн органических веществ содержащих около 1,8·1018 кДж (45·1017 ккал) энергии. При этом они поглощают около 1,7·108 т углекислого газа, выделяют около 11,5·107 т кислорода и испаряют 1,6·1013 т воды.

Саморегуляция в экосистеме на примере истории с кроликами в Австралии: Когда человек из Европы стал переселятся на другие континенты, он повез с собой домашних животных, в том числе кроликов. В 1859 году на одной из ферм Австралии выпустили 12 пар привезенных кроликов. В экосистеме Австралии было слишком мало хищников, чьей пищей могли бы быть кролики. Через 40 лет численность кроликов достигла нескольких сот миллионов особей. Они расселились почти по всему континенту, разоряя луга и пастбища и нанесли урон экономике страны.

Таким образом, численность особей в природных экосистемах саморегулируется нарушение естественных цепей питания под воздействием антропогенного фактора, неразумное вмешательство в экосистемы может привести к неконтролируемому росту численности особей отдельных видов и к нарушению природных экологических сообществ.

О сильном загрязнении воздушного бассейна города окислами азота, которые наряду с двуокисью серы являются наиболее опасными для растений, свидетельствует ставшее почти повсеместным “позеленение” стволов и нижних ветвей деревьев, вызванное чрезмерным разрастанием на их коре мелких сухопутных водорослей, получающих обильное азотное питание через воздух. По мере накопления загрязняющих веществ в почвах и тканях растений, лесные насаждения теряют свою биологическую устойчивость и при сохранении существующего в городах уровня промышленных и автотранспортных выбросов могут уже в короткие сроки деградировать как лесные экосистемы.

В структуру зеленых насаждений общего пользования входят парки (городские, специализированные), районные и детские парки, скверы и бульвары. Озеленение улиц занимает особое место в улучшении экологического состояния города, активно влияя на архитектурный облик и обеспечивая в летнее время необходимый теневой режим пешехода. Зеленые насаждения должны выполнять еще одну функцию - защиту территорий жилой застройки от транспортного шума, но не выполняют, так как для этого должна осуществляться многорядная посадка деревьев с занятием подкроновых пространств кустарником.

Моделирование водных экосистем.

Научно-технический прогресс, развитие сельского хозяйства, урбанизация привели к загрязнению природных вод. Проблема загрязнения вод приобрела глобальный хара глобальный харющие вещества, в зависимости от типа источника загрязнения, разными путями попадают в водную среду. Они могут поступать из атмосферы; могут быть смыты склоновым стоком с сельскохозяйственных полей и угодий в подземные и речные воды; загрязнение также может быть бактериальным в результате развития и отмирания водной растительности. Поступление загрязняющих веществ в водоём может происходить непрерывно (по времени) или в результате массового сброса, в виде точечных или распределённых в пространстве источников.

Загрязнение воды.

Биологическая потребность человека и животных в воде за год в 10 раз превышает их собственную массу. Еще более внушительны бытовые, промышленные и сельскохозяйственные нужды человека. Так, «для производства тонны мыла требуется 2 тонны воды, сахара — 9, изделий из хлопка — 200, стали 250, азотных удобрений или синтетического волокна — 600, зерна — около 1000, бумаги — 1000, синтетического каучука — 2500 тонн воды».

Использованная человеком вода в конечном счете возвращается в природную среду. Но, кроме испарившейся, это уже не чистая вода, а бытовые, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды, обычно не очищенные или очищенные недостаточно. Таким образом происходит загрязнение пресноводных водоемов — рек, озер, суши и прибрежных участков морей.

Загрязнение атмосферы

Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный.

Естественный источник - это вулканы, пыльные бури, выветривание, лесные пожары, процессы разложения растений и животных.

Антропогенные, в основном делят на три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем, загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места.

Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнения - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

По данным ученых (2000 г. ), ежегодно в мире в результате деятельности человека в атмосферу поступает 25,5 млрд т оксидов углерода, 190 млн т оксидов серы, 65 млн т оксидов азота, 1,4 млн т хлорфторуглеродов (фреонов), органические соединения свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные (вызывающие заболевание раком).

Вредные основные примеси антропогенного происхождения

Десять главных загрязнителей биосферы (курьер ЮНЕСКО, январь 1973 г. )1

диоксид Образуется при сгорании всех видов топлива. Увеличение его содержания в

Углерода атмосфере приводит к повышению её температуры, что чревато пагубными геохимическими и экологическими последствиями.

оксид Образуется при не полном сгорании топлива. Может нарушить тепловой баланс

Углерода верхней атмосферы.

сернистый Содержится в дымах промышленных предприятий. Вызывает обострение

Газ респираторных заболеваний, наносит вред растениям. Разъедает известняк и некоторые камни.

оксиды Создают смог и вызывают респираторные заболевания и бронхит у новорождённых.

азота Способствует чрезмерному разрастанию водной растительности.

фосфаты Содержатся в удобрениях. Главный загрязнитель вод в реках и озёрах.

ртуть Один из опасных загрязнителей пищевых продуктов, особенно морского происхождения. Накапливается в организме и вредно действует на нервную систему.

свинец Добавляется в бензин. Действует на ферментные системы и обмен веществ в живых клетках.

нефть Приводит к пагубным экологическим последствиям, вызывает гибель планктоновых организмов, рыбы, морских птиц и млекопитающих.

ддт и другие Очень токсичны для ракообразных. Убивают рыбу и организмы, служащие кормом

Пестициды для рыб. Многие являются канцерогенами.

радиация В превышенно допустимых дозах приводит к злокачественным новообразованиям и генетическим мутациям.

Наиболее распространенные загрязнители атмосферы поступают в нее в основном в двух видах: либо в виде взвешенных частиц (аэрозолей), либо в виде газов. По массе львиную долю — 80—90 процентов — всех выбросов в атмосферу из-за деятельности человека составляют газообразные выбросы. Существуют 3 основных источника образования газообразных загрязнений: сжигание горючих материалов, промышленные производственные процессы и природные источники.

Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса.

Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.

Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг. сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Помимо газообразных загрязняющих веществ, в атмосферу поступает большое количество твердых частиц. Это пыль, копоть и сажа. Большую опасность таит загрязнение природной среды тяжелыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть, медь, никель, цинк, хром, ванадий стали практически постоянными компонентами воздуха промышленных центров.

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнения воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест.

Заключение.

В целом анализ экологической ситуации и природоохранной деятельности позволяет сделать вывод о необходимости разработки и осуществления единой природоохранной программы возобновления экологических ресурсов. Важнейшей задачей является введение систематического экологического образования в школах, средних и высших учебных заведениях, повышение информированности населения через средства массовой информации.

Экологический кризис сегодня - это уже беда не какого-нибудь одного региона, страны, континента. Проблемы выживания последующих поколений все настойчивее овладевают умами и сердцами граждан Земли. Люди начинают понимать, что недостаточно бороться только против загрязнения почвы, воды, воздуха. Куда страшнее духовное загрязнение, порождающее атмосферу страха, ненависти, цинизма, недоверия на фоне наигранного оптимизма и якобы благодушия, прикрывающего безразличие к чужому горю.

Изменение природы неизбежно, однако идеология безграничного покорения природы безнравственна и губительна. Перспективы выживания человечества связаны с взаимной эволюцией природы, обществ и человека. Любые социальные и научоциальные и научовшества должны оцениваться с учетом их экологической значимости. Власть над природой оборачивается против человека, когда ради сиюминутных выгод пренебрегают экологической безопасностью. Преобразование природы недопустимо без учета возможных экологических последствий. Экологические проблемы возникли не сегодня. Но в наши дни ситуация резко ухудшилась: каждую минуту на планете исчезает 23 га леса и три биологических вида.

Поэтому, обращая пристальное внимание на экологию, человек пытается, прежде всего, сохранить самого себя. Но, спасая себя, необходимо спасти природу.

Однако без изменения сознания человека все планы спасения природной среды останутся лишь благими пожеланиями. Одной из задач образования становится формирование экологического сознания. Это не только любовь и бережное отношение ко всему живому, но и чувство личной ответственности за то, что происходит вокруг, потребность действовать.