Экологические основы природопользования

ÝÊÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÎÑÍÎÂÛ 

ÏÐÈÐÎÄÎÏÎËÜÇÎÂÀÍÈß

Ñåðè«ÏÐÎÔÈëü»
îñíîâàíà â 2005 ã.

Ðåêîìåíäîâàíî Ôåäåðàëüíûì 

ãîñóäàðñòâåííûì ó÷ðåæäåíèåì 

«Ôåäåðàëüíûé èíñòèòóò ðàçâèòèîáðàçîâàíè» (ÔÃÓ «ÔÈÐλ) 

â êà÷åñòâå ó÷åáíîãî ïîñîáèäëèñïîëüçîâàíèâ ó÷åáíîì 

ïðîöåññå îáðàçîâàòåëüíûõ 

ó÷ðåæäåíèé, ðåàëèçóþùèõ 

ïðîãðàììû ñðåäíåãî 

ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÂ.Ô. ÏÐÎÒÀÑÎÂ

Ýêîëîãè÷åñêèå îñíîâû 
ïðèðîäîïîëüçîâàíè2015

УДК 504.75(075.8)
ББК 20.1
П83

Р е ц е н з е н т :

профессор В.А. Харченко (Московский государственный горный университет)

Протасов В.Ф.
Экологические основы природопользования:
учебное
пособие
/ В.Ф.
Протасов.
– М. : АльфаМ :
ИНФРАМ, 2015. – 304 с. : ил. – (ПРОФИль).

ISBN 9785982812025 (АльфаМ)
ISBN 9785160041117 (ИНФРАМ (print))
ISBN 9785161016152 (ИНФРАМ (online))

Раскрываютсяосновные
сведенияо Вселенной, в которой мы живем,
экологическаядоктрина
Российской Федерации, основные экологические термины и понятия. Рассматриваются
источники загрязнений окружающей среды и их классификация, вопросы экологической стандартизации и сертификации, количественные и качественные показатели ПДК,
ПДВ, ПДУ в атмосфере, воде, почве и продуктах питания, а также Киотский протокол и основы экологического права. В приложениях 1–6 приводятся государственные стандарты, нормативные и справочные сведения, в
словаре – основные экологические термины и понятия.
Длястудентов
образовательных
учреждений
среднего
профессионального образования. Представляет интерес для студентов вузов и специалистов природоохранных организаций.

УДК 504.75(075.8)
ББК 20.1

П83

ISBN 9785982812025 (АльфаМ)
ISBN 9785160041117 (ИНФРАМ (print))
ISBN 9785161016152 (ИНФРАМ (online))
© «АльфаМ» : «ИНФРАМ», 2014
© Протасов В.Ф., 2012

ВВЕДЕНИЕ

Мир, в котором мы живем

Прежде чем приступить к изучению проблем по
экологии, охране окружающей среды, экономике природопользования, влияния загрязнения окружающей среды на здоровье населения, напомним, что представляют собой Вселенная, Земля, пространство.
Современные астрономические приборы позволяют в любом участке неба обнаружить множество звезд, видимые размеры и яркость которых зависят от их величины, стадии развития.
Ближайшая к Земле звезда – Солнце; его диаметр 1 392 000 км,
а расстояние от Солнца до Земли 149,5 млн км; это расстояние
свет проходит за 8,5 мин. Звездыгиганты в миллион раз больше
(по объему) и ярче Солнца, а звездыкарлики намного меньше
его по размерам и количеству излучаемой энергии.
Наблюдая за звездным небом даже невооруженным глазом,
можно заметить, что звезды распределены неравномерно в виде светящихся точек. Наибольшее скопление их образует на
небе белесоватую полосу неправильной формы – Млечный
Путь; он состоит из сливающихся в сплошное сияние далеких
от нас звезд, образующих звездную систему – Галактику (от
греч. galaktikōs – млечный). К ней принадлежит и Солнечная
система, которая находится почти точно в галактической плоскости, поэтому наблюдателю с Земли кажется, что небо как бы
опоясано Млечным Путем.
Галактика содержит не менее 100 млрд звезд общей массой
около 1011 масс Солнца. Диаметр Галактики равен расстоянию, которое преодолевает свет (скорость света 300 тыс. км/с)
примерно за 100 тыс. световых лет. Солнце вращается вокруг
центра Галактики со скоростью около 250 км/с и совершает
полный оборот приблизительно за 180 млн земных лет. Свет от
ближайшей к Солнцу звезды Галактики – Альфы Центавра –
доходит до Солнца за 4 земных года. Звездных систем, подобных Галактике, множество. Повидимому, светящаяся туманность Андромеды – гигантское скопление звезд, удаленное от
Земли на 1,5 млн световых лет, аналогична Галактике; ее так и
называют внегалактической туманностью или галактикой (с
маленькой буквы).
Земля, как и другие планеты, является частью Солнечной
системы. Она удалена от Солнца в среднем на 149,6 млн км и
обращается вокруг него за период, равный 365,25 средних солнечных суток. Перигелий Земли – 147 млн км, афелий –
152 млн км. Земля имеет форму геоида – фигуры, ограниченной
поверхностью океана, мысленно продолженной через материки так, что она всюду остается перпендикулярной направлению силы тяжести. От этой поверхности отсчитываются «высоты над уровнем моря». Точная форма геоида еще не определена. Он близок к земному эллипсоиду вращения, у которого
большая полуось (радиус экватора) 6378,160 км, малая полуось
(полярный радиус) 6356,777 км, средний радиус Земли, принимаемой за шар, 6371,032 км, длина окружности по меридиану 40008,55 км, площадь поверхности 510,2 млн км2, объем
1,083–1012км3,масса59761021кг,средняяплотность5518кг/м3.
Для нас, землян, наша планета – гигантское тело. По сравнению с Землей все окружающие нас предметы на ее поверхности ничтожно малы. Однако по сравнению с другими небесными телами, например со звездамигигантами, она сама – пылинка, затерявшаяся в безграничном пространстве Вселенной.
И на этой «пылинке» – Земле – существует особый, земной
ритм прихода и расхода теплоты, прихода света, слагающийся
из четко выраженных годового (сезонного) и суточного (дневного и ночного) ритмов. С суточными и сезонными ритмами
изменений теплоты и света находятся в прямой зависимости
изменения температуры грунтов, почв, водных бассейнов, воздуха и всех предметов на поверхности Земли, а также изменения абсолютной и относительной влажности, ход развития
растительности и животных организмов.
Земля состоит из различных веществ – от легчайших газов
до тяжелых металлов. Эти вещества распределены крайне неравномерно как по поверхности Земли, так и в ее недрах. Хи6
Введение

мический состав Земли почти не изучен. Исследована лишь
верхняя часть земной коры, т.е. примерно 5 % ее объема.
По современным представлениям, земная кора состоит наполовину из кислорода, а на четверть – из кремния. Вся ее толща на 99,79 % состоит из кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, натрия, магния, калия и водорода, и лишь 0,21 %
приходится на долю остальных 105 известных элементов.
Средняя плотность Земли (5,52 г/см3) значительно выше плотности большинства веществ на ее поверхности. Так, плотность
воздуха у земной поверхности – всего 0,00129 г/см3, воды –
1 г/см3, средняя плотность осадочных и кристаллических пород 2,5–2,8, а пород, богатых железом, – 2,9–3 г/см3. Изучение
внутреннего строения Земли сейсмическими методами показало, что ее высокая средняя плотность может быть объяснена
наличием внутри нее тяжелого ядра радиусом около 3000 км и
средней плотностью от 9 до 11 г/см3.
О резких изменениях плотности вещества внутри Земли на
глубинах 2900 и 5120 км можно судить по данным, приведенным в табл. В1. Таким образом, Земля состоит из центрального
тяжелого ядра и ряда оболочек, или сфер, различных по составу и распределению плотности вещества, – геосфер.

Таблица В1. Распределение плотности вещества внутри Земли

Глубина, км
33
400
800
1200
1800
2900
4000
5000
5120
6370

Плотность,
г/см3
3,32
3,62
4,49
4,80
5,13
5,68
10,76
11,54
16,80
17,20

В пределах географической оболочки взаимодействуют
воздух, вода, горные породы, составляющие земную кору, и
живые организмы. Не всегда и не везде результаты взаимодействия однозначны, а в целом оно поддерживается беспрерывным поступлением в пределы географической оболочки солнечной, космической и внутриземной энергии. Схема геосфер
Земли приведена на рис. В1.

Воздушная, самая легкая оболочка земного шара – атмосфера –
состоит из механической смеси газов: азота – 78,09 %, кислорода – 20,95 %, аргона – 0,93 %, углекислого газа – от 0,02 до

Мир, в котором мы живем
7

0,032 %, а также гелия, неона, ксенона, криптона, водорода,
озона, аммиака, йода и других, на долю которых приходится
около 0,01 % всего ее объема; около 4 % объема атмосферы занимают пары воды и пыль.

В нижней части атмосферы до высоты 60 км над земной поверхностью содержится переменное количество трехатомного
кислорода (О3) – озона. Наибольшая его концентрация отмечается на высоте 22–25 км.
Из всех видов энергии, участвующих в развитии атмосферы, большая доля поступает от Солнца. Земля получает около
21017 Вт солнечной лучистой энергии.
Солнечная энергия, дошедшая до поверхности Земли в виде прямых лучей, называется прямой солнечной радиацией.
Преодолевающая
воздушную
оболочку
часть
солнечной
энергии поглощается, рассеивается молекулами и газовыми

8
Введение

О

к

оло

зе

м

н

ое к

о

см

и

ч

ес

к

ое п

р

ос

т

ра

н

ст

в

о (д

о

15

00

к

м)

О

к

оло

зе

м

н

ое к

о

см

и

ч

ес

к

ое п

р

ос

т

ра

н

ст

в

о (д

о

15

00

к

м)

Э

к

зо

с

ф

ер

а (о

т

8

50

к

м

)

Э

к

зо

с

ф

ер

а (о

т

8

50

к

м

)

Тер

мос

фер

а

Тер

мос

фер

а

И

он

осф

е

ра (

8

0–

50

0

км)

И

он

осф

е

ра (

8

0–

50

0

км)

М

ез

осф

е

р

а

М

ез

осф

е

р

а

С

тр

а

тос

ф

е

ра

С

тр

а

тос

ф

е

ра

8

–

1

0

к

м

н

а

п

ол

ю

са

х

8

–

1

0

к

м

н

а

п

ол

ю

са

х

Оз

о

н

о

вы

й

э

кр

а

н

(

22

–

2

5

к

м

)

Оз

о

н

о

вы

й

э

кр

а

н

(

22

–

2

5

к

м

)

Т

р

о

п

ос

ф

ер

а

Т

р

о

п

ос

ф

ер

а

Б

и

о

с

ф

е

р

а

Б

и

о

с

ф

е

р

а

о

т

+

6

–

7

к

м

д

о

–1

1

к

м

о

т

+

6

–

7

к

м

д

о

–1

1

к

м

Литосфера
Литосфера

М

а

н

т

и

я

М

а

н

т

и

я

Ядро
Ядро

Поток солнечной энергии
и космических лучей

Поток солнечной энергии
и космических лучей

Рассеивание энергии
Рассеивание энергии

Рассеивание газов из атмосферы
Рассеивание газов из атмосферы

Метеориты,
космическая
пыль
и другие вещества
из космоса

Метеориты,
космическая
пыль
и другие вещества
из космоса

до 850 км
до 850 км

до 80 км

38–42 км

Б

а

з

а

л

ь

т

о

в

а

я

о

б

о

л

о

ч

к

а

Б

а

з

а

л

ь

т

о

в

а

я

о

б

о

л

о

ч

к

а

1

6

–

1

8

к

м

на

э

к

ва

т

о

р

е

1

6

–

1

8

к

м

на

э

к

ва

т

о

р

е

Рис. В1. Схема геосфер Земли

частицами воздуха или отражается облаками; эта часть солнечной энергии называется рассеянной радиацией. Поток солнечной энергии отличается большим постоянством. Его интенсивность, подсчитанная для внешней поверхности воздушной оболочки Земли, равна 137 ± 20 Вт/м2 и называется
солнечной постоянной.

Разность между приходом и расходом радиации представляет собой радиационный баланс или остаточную радиацию. Радиационный баланс Земли за год в среднем равен нулю, но по
разным широтам может быть и положительным, и отрицательным.

Водная оболочка. Мировой океан, средняя глубина которого
более 4000 м, занимает площадь 361 млн км2, т.е. 71 % поверхности земного шара (рис. В2). Вода содержится также в озерах,
реках, подземных бассейнах, ледниках, снежном покрове, почве, растениях и животных, в горных породах; большое количество воды постоянно находится в атмосфере. Общий объем

Мир, в котором мы живем
9

Средняя
высота
640 м
0
149 млн км
2

Материки

Суша
Джомолунгма
8848 м

Тихий
179,68

Атлантический
93,36

Индийский
74,92

Северный
Ледовитый
13,1

Средняя глубина
отдельных океанов
(округленно), км

Средняя глубина
Мирового океана
3794 м

Максимальная глубина океанов (округленно), км

Мировой океан

Океаны

11

9,2

7,5

5,5

–2,3

4
3,9
4

Рис. В2. Мировой океан в сравнении с сушей

воды на нашей планете составляет около 1800 млн км3; ее огромная масса содержит много теплоты, растворенных и взвешенных веществ, которые с помощью воды перераспределяются в географической оболочке.
Во всех океанах и морях отмечается постоянное соотношение солей, входящих в состав воды. Общая масса солей в морской воде составляет 481015 т, или около 3,5 % всей массы океанской воды. Этого количества солей хватило бы для образования по всей поверхности Земли соляного слоя толщиной до
45 м. На каждые 1000 г океанской воды приходится 35 г солей, т.е. соленость воды океанов в среднем составляет 35 %.
Вода – вещество, отличающееся большой теплоемкостью.
Она поглощает примерно на 25–50 % теплоты больше, чем поверхность суши на тех же широтах. Например, в экваториальном поясе океан поглощает 4200–5000 МДж/м2, а поверхность
суши – 2500–3300 МДж/см2. К полюсам эти различия сокращаются: и водная поверхность, и суша поглощают небольшое
количество солнечной теплоты (83,8–41,9 кДж/см2) изза относительно малого поступления теплоты в целом.
В водах Мирового океана накопилось в 1000–1500 раз больше теплоты, чем поступает на его поверхность в течение года.
Теплота водной оболочки расходуется главным образом на испарение, нагревание воздуха и воды при перемешивании теплой воды с холодной, на таяние льдов, поддержание жизнедеятельности организмов моря.
Изобщегообъемаводынанашейпланетеоколо90,82млнкм3
составляют воды суши – речные, озерные, болотные, ледниковые
и подземные воды. Главный источник подземных вод – часть
атмосферных осадков, которая, попадая на сушу, просачивается в грунт. Выше водоупорных слоев вода обильно пропитывает породы и создается водоносный горизонт. Химический состав подземных вод чрезвычайно разнообразен – от пресных
вод до рассолов соленостью более 50 %.

Твердая оболочка Земли – земная кора, сложенная осадочными и кристаллическими породами, образует сплошную оболочку, 2/3 которой перекрыто водами океанов и морей. Наибольшая мощность земной коры 40–100 км, под океанами тол10
Введение

ща ее резко сокращается. По физическим свойствам земная
кора делится на два типа:
материковый – равнинные и горные районы – кора богата
кремнием и алюминием, характерными для пород группы гранита; мощность гранитного слоя (сиаля) увеличивается в горах;
океанический – породы типа базальта с преобладанием кремния и магния. Здесь гранитный слой отсутствует, а мощность
базальтового слоя (сима) доходит до 15 км.
У нижней границы земная кора на глубинах 40–120 км становится пластичной изза большого давления и высоких температур. Здесь резко возрастают скорости распространения
сейсмических волн. Это явление впервые в 1909 г. обнаружил
югославский сейсмолог А.С. Мохоровичич, и его именем названа нижняя граница земной коры. Подкорковое вещество,
расположенное ниже, по физическим свойствам одинаково
как под океанами, так и под материками. Эту однородную оболочку называют мантией.
В центральной области Земли на глубине 2900 км расположено ядро, которое, по многим расчетам и предположениям,
состоит из вещества, находящегося в жидком состоянии.

Биосфера. Кроме названных выделяют еще одну оболочку –
биосферу, которая объединяет все организмы, обитающие на
Земле (от бактерий и низших растений до человека).
По определению В.И. Вернадского, биосфера – это «зона
жизни»; она охватывает несколько геосфер: тропосферу – до
35 км, гидросферу и часть литосферы – до 16 км. Биосфера –
это глобальная экосистема, особая оболочка Земли, сфера распространения жизни, границы которой определяются наличием пригодных для организмов абиотических условий: температуры, жидкой воды, состава газов, элементов минерального
питания. Принципиальные границы биосферы определены
как границы существования активной жизни. Верхняя граница
биосферы охватывает тропосферу и проходит по высоте озонового слоя, нижняя опускается на континентах до глубины
2–3 км, а под океаном – до 1 км (вся гидросфера охвачена
жизнью). В биосфере все главные организмы связаны со средой обитания и их деятельностью самоуправляемыми биологиМир, в котором мы живем
11