Экологические основы природопользования

Содержание
1. Биосфера – основные понятия и определения………………………………3
2. Водородная энергетика – как одна из наиболее чистых энергетик………..4
3. Энергия Солнца – экологически чистая энергия……………………………5
4. Планировочная структура города…………………………………………….7
5. Атмосферная влага……………………………………………………………10
6. Совершенствование двигателей внутреннего сгорания для снижения выбросов токсичных веществ…………………………………………………..10
7. Эрозия почв и борьба с ней…………………………………………………..12
8. Охрана недр Земли……………………………………………………………12
9. Очистка сточных вод………………………………………………………….13
10. Антропогенные воздействия на М.С. …………………..………………….13

1. Биосфера – основные понятия и определения
Основоположником современного учения о «сфере жизни» (биосфере) является русский учёный Владимир Иванович Вернадский. Вернадский создал научную дисциплину «Биогеохимия», а на её основе науку о биосфере. Понятие биосфера впервые ввёл австрийский геолог Э. Зюсс в 70-х годах ХIX века для обозначения  «лика Земли», её поверхностного географического образа. Согласно Вернадскому биосфера – оболочка всех тех планет, на которых вследствие стечения благоприятных условий возникла и существует жизнь. Биосфера  это то, что человек называет Природой и связан через неё с планетой и космосом.
Важнейшие черты биосферы – её постоянный материально-энергетический обмен с космосом и существование исключительно в её пределах живого вещества. Благодаря живому веществу биосфера являет собой подвижное динамическое равновесие.
Живое вещество биосферы состоит в основном из лёгких химических элементов: H, C, N, O, Na, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca; из тяжёлых элементов самым распространённым является железо (Fe). В течение всего геологического времени живое вещество в биосфере выполняет ряд функций: газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную (для различных химических элементов), деструктивную и др.
В глобальном космическом проявлении биосфера является гигантским аккумулятором и уникальным трансформатором электромагнитной энергии Солнца. Благодаря биосфере Земля осуществляет связь с Космосом.
Биосфера – своеобразный механизм связи живого вещества с неживым, который подчиняется строгим математическим закономерностям, реализующимся в масштабах биоценозов и биосферы. Жизнь на Земле создает своеобразный материально-энергетический напор на среду, подобный напору газа; живое вещество, преодолевая её сопротивление, стремится занять максимальный объём, распространиться на всю свободную территорию. Это возможно благодаря процессам размножения, которые происходят ритмично и совершаются с удивительной и неизменной математической точностью. Скорость размножения живых организмов определяет скорость передачи геохимической энергии в биосфере. 
Биосфера является составной частью географической оболочки, оказывая постоянное воздействие на последнюю путем реализации указанных выше функций (газовая, окислительно- восстановительная, концентрационная, деструктивная).
Для существования биосферы необходим постоянный круговорот биологически важных веществ, т. е. после использования в одних организмах они должны вновь переходить в усвояемую для других организмов форму. Этот круговорот происходит за счет энергии Солнца, которая вместе с биологическим обеспечивает так же геологический круговорот веществ. Последний процесс проявляется в основном в круговороте воды и циркуляции атмосферы и потребляет ~ 50 % всей падающей на Землю энергии Солнца.
Биологический круговорот веществ состоит из ряда биогеохимических циклов, основными из которых являются круговороты кислорода, углерода, воды, фосфора, серы  и др. биогенных элементов.
В биологический круговорот в конечном итоге вовлекаются практически все химические элементы земной коры [4].
2. Водородная энергетика – как одна из наиболее чистых энергетик
На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.
Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.
Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, применимые лишь на производстве [3].
3. Энергия Солнца – экологически чистая энергия
Солнце - неисчерпаемый источник энергии, потенциал которого человечеству еще предстоит оценить. Солнечная энергия - это кинетическая энергия излучения (в основном света), которая образуется в результате термоядерных реакций в недрах Солнца. Солнечная энергия является одной из альтернатив, игнорирование которых в недалеком будущем приведет наступления катастрофических последствий для человечества. Солнечная энергетика - прогрессивный метод получения различного вида энергии, используя солнечное излучение.
Световое излучение можно улавливать и использовать непосредственно тогда, когда оно достигает Земли. Метод прямого преобразования солнечного излучения в электричество есть, во-первых, наиболее удобным для потребителя, поскольку получается наиболее применяемый вид энергии, и, во-вторых, такой метод считается экологически чистым в отличие от других, которые используют органическое топливо, ядерное сырье или гидроресурсы.
Кроме того, солнечная энергия обеспечивает круговорот воды, циркуляцию воздуха и накопление органического вещества в биосфере. Обращение к этим энергоресурсов является косвенным (опосредованным) использованием солнечной энергии.
Солнце - мощный источник экологически чистой энергии. На каждый 1 м2 поверхности земной атмосферы падает 1300 Вт солнечной энергии. Интенсивность солнечного излучения, которое достигает Земли, зависит от нескольких факторов, прежде всего от географической широты местности. Наибольшая она на экваторе (до 2300 кВт / м2 в год), а на широте Украины составляет около 1000 кВт / м2 в год. Оценивания гелиоэнергетических ресурсов проводится по многолетним наблюдениям характеристик солнечной радиации. Важным показателем является продолжительность солнечного сияния и облачность, поскольку прерывистость в поступлении солнечной радиации (за счет которой теряется значительная часть энергии) негативно влияет на работу гелиоустановок. Оценка потенциала солнечной энергии охватывает данные о среднем распределение прямой, рассеянной и суммарной радиации; эти показатели отражают общие закономерности поступления солнечной энергии.
Нынешние способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:
o Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.
o гелиотермальное энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, дальнейшее перераспределение и использование тепла. Солнечное излучение фокусируется на сосуде с водой, а затем нагретая вода используется для отопления или в паровых электрогенератора.
o термовоздушные электростанции - это преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор.
o Солнечные аэростатные электростанции - это генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием. Главное преимущество заключается в том, что запаса пары в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в пасмурную погоду.
Солнечная энергия широко используется как для нагрева воды, так и для производства электроэнергии. Солнечные коллекторы изготавливают из доступных материалов: стали, меди, алюминия и т.д., то есть без применения дефицитного и дорогого кремния. Это позволяет значительно сократить стоимость и оборудования, и полученной на нем энергии. Например, в 2001 г.. Стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах, составляла 0,09-0,12 долл. США за кВт / ч. Департамент энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до 0,04-0,05 долл. США за кВт / ч в 2015- 2020 гг. Согласно официальным данным, хорошо спроектированный дом с солнечной системой отопления позволяет экономить до 75% расходов на топливо почти в любых климатических условиях. Та же ситуация с горячим водоснабжением (традиционно в домашнем хозяйстве на нагрев воды тратится от трети до половины всей потребляемой энергии) [9].
4. Планировочная структура города
Планировочная структура города выражается во взаимном расположении основных функциональных зон и системе связей между ними. Планировочная структура города в значительной степени зависит от величины и построения транспортной структуры города. Транспортная инфраструктура предопределяет последующее развитие планировочной структуры.
При проектировании города необходимо выявить его «каркас» территории наиболее интенсивного освоения и сосредоточения наиболее важных функций, обычно связанных с центром города и главными транспортными магистралями. В обобщенном виде он фиксирует геометрию плана и предопределяет тенденции дальнейшего территориального развития города.
Необходимо учитывать, что элементы транспортной инфраструктуры жестко фиксированы в пространстве, и эта жесткость тем выше, чем выше класс коммуникации. В принципиальном плане можно выделить три вида планировочных схем города: радиально-кольцевую, шахматную и свободную (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Планировочные схемы города: а - радиально-кольцевая; б - шахматная; в - свободная
Радиально-кольцевая (концентрическая) схема содержит два принципиально разных типа магистралей - радиальные и кольцевые.
Радиальные магистрали служат для связи центра города с периферийными районами, а кольцевые улицы соединяют радиальные и обеспечивают перевод транспортных потоков с одного радиального направления на другое. Эта планировка позволяет гармонично расположить застройку вокруг центра, где сосредоточены (сконцентрированы) основные объекты общественной и деловой застройки. При такой планировке можно достаточно легко попасть в центр города. Достоинством радиально-кольцевой схемы является компактная форма плана, при которой в наименьшей степени нарушается природное окружение города.
Шахматная схема, при которой улицы пересекаются под углом 90°, предполагает относительно равномерное освоение территории. Этот тип планировочной структуры широко использовался во все времена. Достоинством шахматной структуры является возможность равномерного распределения транспортных потоков. При такой планировке легко осуществляется размежевание участков.
Линейная (ленточная) схема является своего рода шахматной планировкой, сильно вытянутой в одном направлении. Объекты центральной части города в таком случае располагаются вдоль основной магистрали или вдоль нескольких параллельных магистралей. Линейная схема обеспечивает близость к природному окружению и к иным транспортным магистралям. Такая планировка позволяет обеспечить удобное транспортное сообщение, сокращая затраты на передвижение. Однако, по мере роста города, с удлинением полосы застройки значительная часть территорий оказывается слишком большом удалении от центров различных рангов. Кроме того значительно увеличиваются расстояния между отдельными частями города.
В отдельных старых городах центральная часть может состоять тих и кривых улиц, не имеющих четкого геометрического рисунка. Такая схема называется свободной.
Основные принципы планировочной организации города:
- гибкость планировочной структуры, обеспечивающая беспрепятственное развитие города;
- дифференциация транспортных магистралей;
- организация эффективной системы обслуживания;
- создание экологической инфраструктуры города, включая иную систему зеленых насаждений;
- эффективное и экономичное оснащение города всеми видами инженерного оборудования;
- композиционные требования к плану города (развитие городского центра, районных центров в городе, создание привлекательного силуэта города и обеспечение зрительного восприятия его главных природных и архитектурных доминант).
При всех особенностях планировочной структуры, формирующейся на основе рассмотренных транспортных схем с учетом реальной обстановки, в городах (особенно крупных и крупнейших) могут быть выделены принципиально различающиеся территории по местоположению зон в составе города [5].
5. Атмосферная влага
В среднем на любой момент времени в атмосфере содержится 12900 км3 воды, что составляет 0,001% от всего количества воды на Земле, но в 6 раз больше воды, содержащейся в руслах рек мира. В атмосфере вода содержится в газообразном (водяной пар), капельно-жидком и твёрдом (кристаллики льда) состояниях. Для оценки содержания водяного пара в воздухе используются характеристики влажности воздуха. Абсолютная влажность воздуха (а) - это количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха [2].
6. Совершенствование двигателей внутреннего сгорания для снижения выбросов токсичных веществ
Уменьшения вредного влияния выпускных газов на окружающую среду может быть достигнуто различными методами. Прежде всего - совершенствованием именно двигателя.
Снижение уровня выбросов токсических веществ выпускными газами двигателей можно достичь воздействием на рабочий процесс для уменьшения образования этих веществ в процессе сгорания, оборудованием двигателя системами нейтрализации выпускных газов и применением топлив в продуктах сгорания которых содержится меньше токсичных веществ в допустимых пределах без вреда для мощности и экономичности двигателя при минимальном подорожание силовой установки с двигателем.
Установки с двигателями оборудуются системами нейтрализации, в которых предусматривается снижение концентрации токсичных веществ влиянием на рабочий процесс и применением приборов для нейтрализации и очистки газов в выпускном трубопроводе нейтрализаторов и очистителей.
В термических и каталитических нейтрализаторов проходят химические реакции, в результате чего уменьшается концентрация газовых компонентов токсичных веществ. Механические и водяные очистители применяются для очистки выпускных газов от механических частиц (сажи) и капелек масла. Последние используются редко.
Термический нейтрализатор представляет собой камеру сгорания, которая размещается в выпускном тракте двигателя для дожигания продуктов неполного сгорания топлива - СН и СО. Он может устанавливаться на месте выпускного трубопровода и выполнять его функции. Реакции окисления СО и СН протекают достаточно быстро при температуре выше 830 ° С и при наличии в зоне реакций несвязанного кислорода. Термические нейтрализаторы применяются на двигателях с принудительным воспламенением, в которых необходимо для эффективного протекания термических реакций окисления температура обеспечивается без представления дополнительного топлива. И без того высокая температура выпускных газов в этих двигателях повышается в зоне реакции в результате догоряння части СН и СО, концентрация которого значительно выше, чем у дизелей.
В случае применения термического или окислительного каталитического нейтрализатора выбросы СН и СО удается уменьшить до установленных норм. Концентрация оксидов азота не меняется или меняется очень мало. Для уменьшения концентрации окислительного азота в системах с окислительными нейтрализаторами применяется рециркуляция выпускных газов. С этой целью выпускные газы в количестве до 10% объема свежего заряда отбираются с выпускного трубопровода, охлаждаются и направляются во впускную систему.
Теперь двигатели с принудительным воспламенением на легковых автомобилях оборудуются чаще системами нейтрализации, включающих каталитический окислительный нейтрализатор, систему подачи дополнительного воздуха и систему рециркуляции выпускных газов. Степень нейтрализации СН достигнет в окислительном нейтрализаторе с платино-палладиевого катализатора 85%, СО - 93%. Степень нейтрализации оценивается отношением разности концентраций токсичных компонентов на входе в нейтрализатор и на выходе из него в их концентрации на входе [8].
7. Эрозия почв и борьба с ней
Под эрозией понимают смыв (водная эрозия) или сдувание (ветровая эрозия) верхнего слоя почвы. Водная эрозия смывает постепенно верхний плодородный слой почвы, образует овраги, уменьшает площадь пашни, создает неудобную конфигурацию тюлей. Водная эрозия особенно опасна в местах с рассеченным рельефом. Смыв верхнего слоя почвы происходит главным образом потоками снеговых или ливневых вод. Даже при небольших склонах они захватывают частицы почвы и сносят их в понижения.
Меры борьбы с эрозией можно разделить на три группы: гидротехнические, мелиоративные и агротехнические.
К гидротехническим относят террасирование склонов главным образом в горных районах против селевых потоков, а также для укрепления оврагов. Мелиоративные включают прежде всего лесопосадки: насаждения по берегам рек, озер, каналов» оврагов, полезащитные лесонасаждения, создание куртин на водоразделах.
Агротехнические меры борьбы с эрозией подразумевают вспашку поперек склонов, минимальную обработку, посев многолетних трав [10].
8. Охрана недр Земли
Правовая охрана земель - это система закрепленных законом мер, направленных на обеспечение рационального использования земель, сохранение и повышение их плодородия, защиту от истощения и разрушения.
Охрана земель осуществляется на основе комплексного подхода к земельным угодьям как к сложным природным образованиям и ставит следующие цели: предотвратить деградацию и разрушение земель, другие неблагоприятные последствия хозяйственной деятельности путем стимулирования природоохранных технологий производства; обеспечить улучшение и восстановление земель, подвергшихся деградации или нарушению; создать механизм учета и проверки экологического состояния земель [6].9. Очистка сточных вод
Очистка сточных вод — комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водахперед выпуском их в водоёмы. Очистка сточных вод осуществляется на специальных очистных сооружения.Процесс очистки делится на 4 этапа:
механический
биологический
физико-химический
дезинфекция сточных вод [7].
10. Антропогенные воздействия на М.С.
Антропогенное воздействие на окружающую среду носит деструктивный характер.
Совокупность антропогенных воздействий на экосферу и среду обитания людей можно рассматривать по нескольким критериям:
1.Общий характер процессовантропогенного воздействия, предопределяемый формами человеческой деятельности: а) изменение ландшафтов и целостности природных комплексов; б) изъятие природных ресурсов; в) загрязнение окружающей среды.
2.Материально-энергетическая природавоздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, радиоактивные, акустические), физико-химические, химические, биологические факторы и агенты и их различные сочетания.
3.Категории объектов воздействия:природные ландшафтные комплексы, поверхность земли, почва, недра, растительность, животный мир, водные объекты, атмосфера, микросреда и микроклимат обитания, люди и другие реципиенты.
4.Количественные характеристики воздействия:их пространственные масштабы (локальные, региональные, глобальные), единичность и множественность, сила воздействия и степень их опасности (интенсивность факторов и эффектов; характеристики типа "доза - эффект", пороговость; допустимость по нормативным экологическим и санитарно-гигиеническим критериям; степень риска и т.п.).
5.Временные параметры и различия воздействий по характеру наступающих изменений:кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, вызывающие цепные реакции, обратимые и необратимые и т.п.
С последними категориями классификации связано также деление всех антропогенных изменений на преднамеренные и непреднамеренные. Преднамеренные преобразования- это освоение земель под посевы или многолетние насаждения, сооружение водохранилищ, каналов и оросительных систем, строительство городов, промышленных предприятий и путей сообщения, рытье разрезов, котлованов, шахт и бурение скважин для добычи полезных ископаемых, осушение болот и т.п.
Непреднамеренные изменения- это загрязнение окружающей среды, изменения газового состава атмосферы, изменения климата, кислотные дожди, ускорение коррозии металлов и разрушения памятников культуры, образование фотохимических туманов (смогов), нарушения озонового слоя, развитие эрозионных процессов, наступление пустыни, экологические катастрофы в результате крупных аварий, обеднение видового состава биоценозов, развитие экологической патологии у населения и др.
Непреднамеренные экологические изменения выступают на первый план не только потому, что многие из них очень значительны и важны, но и потому, что они хуже контролируются и чреваты непредвиденными эффектами.
К наиболее важным формам антропогенного воздействия на природу относятся: переэксплуатация и истощение природных ресурсов и техногенное загрязнение среды.
Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин – извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение – результат деятельности человека.В настоящее время общая мощность источников антропогенного загрязнения во многих случаях превосходит мощность естественных [1].
Список литературы
Антропогенное воздействие на среду обитания. Ноосфера. URL: https://dinamitri494.livejournal.com/15640.html
Атмосферная влага. – URL: https://studwood.ru/2388421/geografiya/atmosfernaya_vlagaВодородная энергетика: начало большого пути. – URL: https://econet.ru/articles/vodorodnaya-energetika-nachalo-bolshogo-puti
Нагнибеда Б.А. Экология (курс лекций). – URL: https://www.studmed.ru/view/lekcii-ekologiya_00bd93eb8b2.html
Планировочная организация города. – URL: https://studopedia.ru/2_108932_tema--planirovochnaya-struktura-goroda.html
Охрана недр. – URL: https://studopedia.su/9_3127_ohrana-nedr.html
Очистка сточных вод. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%87%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BA%D0%B0_%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D0%B2%D0%BE%D0%B4
Пути уменьшения вредности выбросов автомобильного транспорта. – URL:https://studbooks.net/68549/ekologiya/puti_umensheniya_vrednosti_vybrosov_avtomobilnogo_transporta
Солнечная энергетика. – URL: https://studbooks.net/37970/ekologiya/solnechnaya_energetikaЭрозия почвы и меры борьбы с ней. – URL: https://studfiles.net/preview/6448364/page:12/