Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Экология

Покупка
Артикул: 798406.01.99
Доступ онлайн
400 ₽
В корзину
В пособии обсуждаются основные положения современной экологии применительно к техническим специальностям университета. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по программам бакалавриата направлений 18.03.01 — Химическая технология, 08.03.01 — Строительство, 12.03.02 — Оптотехника. Библиогр.: 29 назв. Рис. 14. Табл. 10.
Дерябин, В. А. Экология : учебное пособие / В. А. Дерябин, Е. П. Фарафонтова. - Екатеринбург : Изд-во Уральского ун-та, 2016. - 136 с. - ISBN 978-5-7996-1613-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1920472 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Министерство образования и науки Российской Федерации 
Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

В. А. Дерябин, Е. П. Фарафонтова 

Экология 

Учебное пособие 

Рекомендовано методическим советом УрФУ 
для студентов, обучающихся по программам бакалавриата  
направлений подготовки 18.03.01 — Химическая технология,  
08.03.01 — Строительство, 12.03.02 — Оптотехника

Екатеринбург 
Издательство Уральского университета 
2016

УДК 502.1(075.8) 
ББК 20.1я73 
Д36 

Рецензенты: лаборатория расплавленных солей Института высоко-
температурной электрохимии УрО РАН (зав. лабораторией, д-р хим. наук 
Н. К. Ткачёв);
канд. хим. наук, доц. Г. В. Харина (Российский государственный профес-
сионально-педагогический университет) 

Научный редактор д-р техн. наук, проф. Н. Т. Шардаков 

Д36
Дерябин, В. А.
Экология : учебное пособие / В. А. Дерябин, Е. П. Фарафонтова. — 
Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2016. — 136 с.
ISBN 978-5-7996-1613-7
В пособии обсуждаются основные положения современной экологии примени-
тельно к техническим специальностям университета.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по программам бакалав-
риата направлений 18.03.01 — Химическая технология, 08.03.01 — Строительство, 
12.03.02 — Оптотехника.

Библиогр.: 29 назв. Рис. 14. Табл. 10.

УДК 502.1(075.8) 
ББК 20.1я73

ISBN 978-5-7996-1613-7
© Уральский федеральный университет, 2016 

1. Предмет  Экологии

1.1. Предмет и задачи экологии
Ж

изнь человека как биологического вида неразрывно связа-
на с определёнными условиями среды обитания: температу-
рой, влажностью, составом воздуха, качеством воды, составом 
пищи и др. Требования любого живого организма к качеству внешней 
среды консервативны, они отрабатывались в течение многих тысяче-
летий эволюции. Отклонение условий жизни от нормальных приводит 
к нарушению обмена веществ и как крайний случай — к несовмести-
мости новых условий окружающей среды с жизнью человека или дру-
гих организмов.
Высокое качество окружающей природной среды означает:
– возможность устойчивого существования и развития данной экологи-
ческой системы;
– отсутствие неблагоприятных последствий для данной популяции.
Впервые термин экология употребил немецкий учёный Эрнст Геккель 
в 1866 году. Это слово составлено из двух греческих слов:
oikos — дом, жилище, местопребывание;
logos — учение.
Первоначально экология изучала отношения между растениями и животными. 
Современная экология рассматривает также влияние человека 
на окружающую среду, воздействие предприятий на биосферу. Человек 
концентрирует в себе взаимодействие природного и социального начал. 
Поэтому для человека окружающая среда — это совокупность как естественных, 
так и социальных систем, в которых он существует.
Экология — это наука об отношениях растительных и животных организмов 
и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой.
Аутэкология изучает взаимодействие со средой отдельной особи.
Синэкология изучает группы организмов, составляющих определённое 
единство.

1. Предмет  экологии

Экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследований. 
Например, выделяют экологию человека и животных, экологию 
растений, экологию микроорганизмов и т. д.
ЭКОЛОГИЯ 
Теоретическая                     Прикладная 
Земная                         Космическая 
Человека      Животных      Растений      Микроорганизмов 
Клетки       Организма        Сообщества 
Водоёмов       Суши       Воздушной среды 
Тропиков       Умеренной зоны       Полярной зоны 
Первозданных природных        Изменённых        Антропогенных 
                                       систем                                систем                      систем 
Незагрязнённых систем              Загрязнённых систем 

Экология человека — это интегральная наука о рациональном взаимодействии 
общества и природы. Экология — это объединяющее начало всей 
разумной человеческой деятельности на Земле.

1.2. Задачи промышленной экологии

Промышленная экология рассматривает не только воздействие человеческой 
деятельности на природную среду (флору и фауну), но и воздействие 
загрязнённой окружающей среды на здоровье человека.
Биосфера (от био… и сфера) — область активной жизни, охватывающая 
нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере 
живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически 
взаимосвязаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную и динамическую 
систему. Термин биосфера введён в 1875 году Э. Зюссом. Учение 
о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность 
живых организмов (в т. ч. человека) проявляется как геохимический 
фактор планетарного масштаба и значения, создано В. И. Вернадским (1926).
Флора (лат. Flora — в древнеримской мифологии богиня цветов, весны 
и юности) — исторически сложившаяся совокупность видов растений, на-
селяющих какую-либо территорию. Различают флору Земли, отдельных 
материков и их частей, островов, горных систем и т. п., а также флору стран, 
административных областей и т. д.
Фауна (лат. Fauna — богиня лесов и полей, покровительница животных 
в римской мифологии) — исторически сложившаяся совокупность видов 
животных, обитающих на определённой территории. Термин фауна приме-
няется и к совокупности животных какой-либо систематической категории 
(фауна птиц — орнитофауна, рыб — ихтиофауна).

1.2. Задачи промышленной экологии

Современная биосфера является продуктом многообразных процессов, 
протекающих на Земле 3,5 млрд лет. Окружающая нас атмосфера создана 
природой и оставалась неизменной в течение последних 50–70 млн лет. Од-
нако в наше время наблюдается изменение состава атмосферы, её прозрач-
ности, разрушение озонового слоя. Нередко появление смога (англ. smoke — 
дым и fog — густой туман). Природа загрязняется оксидами серы и азота, 
свинцом, ртутью, канцерогенными веществами (бенз(а)пиреном и др.) и т. д.
В процессах производства строительных и огнеупорных материалов 
перерабатывается значительное количество природного сырья (известняк, 
глина, песок, гранит и многие другие) и органических веществ (битумы 
и др.). Значительная часть сырьевых материалов измельчается до пыле-
видного состояния в мельницах, сушится или обжигается в потоке горячих 
газов. В атмосферу выбрасывается большое количество аэрозолей — запы-
лённых горячих газов и воздуха, содержащих компоненты, отрицательно 
влияющие на окружающую среду, ухудшающие условия жизни и труда.
Например, при выпуске 1 тонны цемента мокрым способом выделяется 
20–25 тыс. м 3 аэрозолей, содержащих до 700 кг пыли. Территория около 
цементных заводов постоянно покрывается слоем цементной пыли.
Значительную опасность для здоровья людей несут хромсодержащие 
огнеупоры. При определённых условиях, в частности при контакте таких 
огнеупоров с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов, образу-
ется экологически чрезвычайно опасный шестивалентный хром. Переход 
Cr 3+ в Cr 6+ заметно ускоряется в условиях эксплуатации хромсодержащих 
огнеупоров в обжиговых печах в окислительной атмосфере. Как следствие 
в портландцементе, долгое время производившемся отечественными пред-
приятиями, содержание канцерогенного шестивалентного хрома не отве-
чало современным требованиям и превышало предельно допустимую кон-
центрацию в несколько раз. Экологическая проблема решается заменой 
хромсодержащих огнеупоров на шпинелидные (соединение оксидов алю-
миния и магния).
На предприятиях, выпускающих строительные материалы и изделия, 
на участках сушки и просева кварцевого песка запылённость колеблется 
от 10 до 30 мг/м 3, иногда содержание пыли достигает 50–100 мг/м 3. Пыль 
содержит до 70 % SiO2, основная масса частиц имеет размеры менее 5 мкм. 
Аналогичная ситуация существует на участках дробления и смешения ком-
понентов, где, кроме силикозоопасности, пыль характеризуется значитель-
ной щелочностью (до 20–25 %). При попадании кварцевой пыли в лёгкие 
человека организм не может растворить химически прочные частицы ди-
оксида кремния. Эти частицы начинают обрастать плотной волокнистой 
тканью, и часть лёгких перестаёт функционировать — это заболевание на-
зывается фиброз (фибра — волокно). Следствием фиброза является сили-
коз — заболевание всего организма.

1. Предмет  экологии

Значительные количества запылённых газов с потерей полуфабрикатов 
и готовых материалов выделяются в атмосферу при производстве гипса, 
керамики, стекла, огнеупоров, эмали, лёгких пористых материалов и др. 
Подобных примеров в практике работы предприятий строительно-техни-
ческой промышленности множество.
Техногенные процессы в развитых и развивающихся странах по своим 
масштабам и интенсивности уже сопоставимы с основными природообра-
зующими процессами.
Ежегодно в мире:
– 
извлекается из недр Земли около 120 млрд тонн руды, горючих ис-
копаемых и строительных материалов;
– 
рассеивается на полях свыше 500 млн тонн удобрений и 4 млн тонн 
разнообразных ядохимикатов;
– 
сбрасывается в водоёмы примерно 600 км 3 промышленных и быто-
вых жидких отходов;
– 
сжигается до 9 млрд тонн условного топлива;
– 
выбрасывается в атмосферу более 20 млрд тонн CO2, что меняет со-
став атмосферы.
Выбросы твёрдых веществ и выпадение соединений серы и азота с кис-
лотными дождями и унесенных в атмосферу твердых частиц приводят к за-
грязнению литосферы и гидросферы.
Антропогенное воздействие на биосферу многообразно, и в последние 
годы оно приближается к критически допустимому. Особенно опасно от-
рицательное вмешательство в судьбу атмосферы. Критическая черта допу-
стимого воздействия определяется:
– 
глобальным увеличением выбросов многообразных антропогенных 
веществ;
– 
выбросами теплоты, влияющими через непосредственный нагрев 
на состояние атмосферы;
– 
изменением радиационных параметров, особенно приземных слоев 
атмосферы, в которых пребывают люди, животные, растения.
Биосфера — область сосредоточения на нашей планете сложных раз-
номасштабных систем обмена веществом и энергией между входящими 
в системы компонентами. Все эти процессы протекают в пределах верхне-
го слоя земной коры, водного бассейна планеты, плотного слоя атмосфе-
ры. Особенностью функционирования отдельных экологических систем 
является наличие монотонных колебаний условий жизни во времени. Од-
нако амплитуда колебаний должна быть в пределах, благоприятных для 
существования системы. Если в этот размеренный цикл вносится новый 
фактор внешней среды, система пытается контролировать его внутренни-
ми связями. Если контроль не удаётся установить, система обречена, она 
погибает.

1.3. Экология и инженерная охрана природы

Промышленная экология — это наука о новых технологических процес-
сах, машинах и аппаратах, позволяющих создавать производства, гармони-
рующие с окружающей средой. Такие производства обладают минималь-
ным отрицательным воздействием на биосферу.
Требования к созданию современных экологически безопасных произ-
водств:
– 
разработка принципов функционирования производств, исключаю-
щих отрицательное влияние на биосферу;
– 
создание теоретических основ химических технологий, обеспечива-
ющих комплексную переработку сырья и позволяющих экономически вы-
годно выделять целевые компоненты и вредные вещества из промышлен-
ных отбросов;
– 
разработка методов, технологий и аппаратуры очистки отбросных 
газовых потоков, вторичного использования, хранения или уничтожения 
жидких и твёрдых отходов, а также процессов, обеспечивающих создание 
замкнутых водооборотных циклов;
– 
экономичное использование теплоты при сжигании топлива и хи-
мических превращениях;
– 
создание теоретических основ и техники для новых природоохран-
ных процессов: опреснения сточных вод, гидротермального синтеза при-
родного сырья, проведения технологических процессов в защитных средах.

1.3. Экология и инженерная охрана природы

В последнее время получили распространение такие термины, как инже-
нерная экология, промышленная экология, техническая экология и т. п.
Инженерная экология — это система инженерно-технических меропри-
ятий, направленных на сохранение качества среды в условиях растущего 
производства. Это не новое направление развития экологии, это инженер-
ная охрана окружающей среды и инженерная охрана природы.
Успешное решение экологических задач инженерными методами 
возможно лишь в том случае, если специалист владеет определёнными 
знаниями в области экологии. Инженер должен уметь оценивать своё 
производство с экологических позиций, т. е. обладать экологическим 
мышлением.
Исторически охрана природы развивалась как система мероприятий, на-
правленных на сохранение отдельных ландшафтов, памятников природы, 
редких растений и животных, организацию заповедников и заказников. 
Ландшафт — природный географический комплекс, в котором все основ-
ные компоненты — рельеф, климат, воды, почвы, растительность и живот-
ный мир — образуют единую систему.
В современных условиях этого недостаточно. Превратить в заповедник 
всю Землю нельзя. Природопользование — неотъемлемое свойство челове-

1. Предмет  экологии

ка и направление деятельности человеческого общества. Преобразования 
в природе из-за деятельности людей неизбежны. Принцип невмешатель-
ства в природу нереален.
В настоящее время в словосочетание охрана природы вкладывается бо-
лее широкий смысл:
1 — разработка принципов и методов восстановления и сохранения 
природных ресурсов (земель, вод, атмосферы, растительного и животного 
мира);
2 — система мер, направленных на поддержание рационального взаимо-
действия между человеком и окружающей средой. Эта система мер должна 
предупреждать прямое или косвенное негативное влияние результатов дея-
тельности общества на природу и на здоровье человека.
Специально никто не загрязняет биосферу, воздействие на живую при-
роду всегда косвенное. Неблагоприятное воздействие на природу — след-
ствие работы промышленных и сельскохозяйственных предприятий. По-
бочное воздействие производства на биосферу проявляется в двух формах, 
рассмотренных ниже.
1.  Любые технологические процессы связаны не только с преобра-
зованием и получением нужных веществ, но и с побочными продуктами, 
составляющими так называемые отходы производства. Эволюция жизни 
на Земле проходила в отсутствие этих веществ, появившихся только в ре-
зультате промышленного производства. Эти вещества, как правило, чуж-
ды природной среде, наполненной живыми организмами. Их называют 
ксенобиотиками (греч. ксенос — чужой, биос — жизнь). Другие вещества, 
не являющиеся ксенобиотиками, появились в избыточных концентраци-
ях (озон, фенолы, соединения серы, азота, фосфора и др.). Режимы био-
химических процессов в живых клетках «отработаны» в течение длительной 
эволюции. Если в биохимический цикл растительной или животной клетки 
попадает ксенобиотик или обычное вещество в избыточных концентраци-
ях, то нарушается внутриклеточный обмен или метаболизм клетки (греч. 
metabole — перемена). Это приводит к резким отрицательным последствиям 
для организма. Присутствие ксенобиотиков ведёт к несовместимости среды 
с жизнедеятельностью организма, что вызывает заболевания вплоть до ле-
тального исхода. Так, появление в воздухе серы, фтора, никеля, кобальта 
нарушает процессы фотосинтеза растений, что ведёт к их гибели. Сбросы 
в реки фенолов и другой органики приводят к гибели рыб.
2.  Воздействие производства на окружающую среду связано не только 
с внесением чуждых веществ. Жизненные процессы идут при определён-
ных температуре, влажности, давлении, освещённости. Сброс горячей воды 
в водные объекты, изменение суточного режима освещённости в городах, 
избыточные шумы от работы промышленных предприятий, строительной 
техники, автотранспорта, электромагнитные поля от электроприборов 

1.3. Экология и инженерная охрана природы

и электрооборудования, от линий электропередач вызывают нежелатель-
ные последствия для живых организмов.
Так, электромагнитное поле от промышленных установок вредно воздействует 
на человека, вызывая расстройства сердечно-сосудистой системы, 
нервной системы, понижает иммунитет человека. Поэтому вблизи 
линий передач тока устанавливается санитарно-защитная зона. Если ЛЭП 
имеет напряжение 35 кВ, то находиться вблизи 15 м опасно. Если 1150 кВ — 
санитарно-защитная зона 55 км. Опасная зона возле телевизора порядка 
1 м 20 см. Около утюга — 0,25 м. Около электрорадиатора — 3 м. Особенно 
опасно находиться вблизи микроволновых печей. Перепутанные, свитые 
в кольца провода от настольной лампы создают излучения, эквивалентные 
линиям электропередач.
Одним из самых опасных для человека является радиоактивное излучение. 
Под воздействием излучения меняется биохимическая структура, 
ухудшается жизнеспособность организма. Живые организмы воспринимают 
внешнюю среду с помощью специальных рецепторов. Таких рецепторов 
излучения у организма человека нет. Даже при получении смертельной 
дозы облучения человек не испытывает никаких ощущений.
В крупных городах уровень шума достигает 90–92 дБ. Чрезмерный 
шум вызывает нервное истощение. Известны болезни, психологические 
изменения, причина которых — повышенный уровень шума. Продолжительность 
жизни людей в городах из-за повышенного шумового фона 
снижается на 8–10 лет. Очень сильный шум интенсивностью больше 
100 дБ приводит к шумовому истощению. Разрушаются ткани тела и прежде 
всего — слухового аппарата. Женщины менее устойчивы к шуму, в условиях 
слухового дискомфорта у них возникают признаки нервных заболеваний. 
Слабые бытовые шумы в доме в большей степени разрушают нервную систему 
мужчин, т. к. для них подсознательно эти звуки сигнализируют присутствие 
соперника. Этот механизм сохраняется у человека от его животных 
предков. Сильный шум является физическим наркотиком.
С появлением в жилых кварталах базовых антенн сотовой связи сильно 
возросли электромагнитные излучения. Эти антенны действуют главным 
образом на жителей соседних домов. В том доме, где такая антенна установлена, 
излучение относительно слабое. Эти дополнительные электромагнитные 
поля вызывают бессонницу, сбивают с ритма или полностью выводят 
из строя кардиостимуляторы.
Тепловое загрязнение водоёмов приводит к изменению видового состава 
сообществ микроорганизмов, рыб, водорослей, других гидробионтов. Чем 
меньше водный объект, тем опаснее сброс нагретых сточных вод для живых 
организмов.
Разные отрасли производственной деятельности служат причиной всевозможных 
негативных последствий в окружающей природной среде, 

1. Предмет  экологии

в частности из-за поступления в неё отходов производства или преобразования 
природных систем. В конечном итоге эти негативные процессы проявляются 
в самых разнообразных формах — от снижения продуктивности 
сельхозкультур до ухудшения здоровья населения.
Вследствие этого необходимо между промышленным предприятием 
и окружающей средой поставить барьеры из различных очистных сооружений. 
Необходимо как можно полнее извлекать полезные вещества из промышленных 
сбросов и выбросов. Твёрдые отходы предприятия — это 
практически сырьевые ресурсы для других промышленных предприятий, 
во многом сходные с природным минеральным сырьём. Сколь бы ни были 
неблагоприятны последствия природопользования для окружающей среды, 
прекратить его человек не может.
Основная задача: эксплуатация природных ресурсов и преобразование при-
родных систем не должны наносить ущерб природе. Нельзя выводить её пара-
метры за те пределы, где становится невозможной нормальная жизнедеятель-
ность населяющих Землю биологических видов и в первую очередь — человека.
Проще всего экологические задачи можно решить сокращением по-
требления ресурсов, ограничением природопользования. Очевидно, такой 
путь неприемлем.
Количество отходов можно уменьшить за счёт более полного извлече-
ния ресурсов из недр, а полезных ископаемых — из руд, за счёт получения 
дополнительной продукции из одного и того же количества сырья. Все 
это — инженерно-технические и технологические задачи, которые решают 
одновременно две ключевые проблемы: ресурсную (преодоление их исчер-
паемости) и экологическую (сохранение качества природной среды).
Задачи инженера предприятия по снижению вредного воздействия про-
изводства на природную среду:
1) оптимизация технологических, инженерных и проектно-конструк-
торских решений исходя из минимального ущерба окружающей среде 
и здоровью человека;
2) прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий 
технологических процессов и предприятия в целом для окружающей среды, 
человека, животных, растений, сельского, лесного и рыбного хозяйства;
3) своевременное выявление и корректировка конкретных технологи-
ческих процессов и операций, наносящих ущерб окружающей среде, угро-
жающих здоровью человека, отрицательно влияющих на природные и ан-
тропогенные системы.

1.4. концепция устойчивого развития

Дальнейшее развитие человечества невозможно без учёта его влияния 
на окружающую среду. Эволюция экологического мировоззрения прошла 
через три этапа понимания этой сложной комплексной задачи:

Доступ онлайн
400 ₽
В корзину