Энергетическое обеспечение биологического круговорота

Государственное образовательное  учреждение высшего

профессионального образования

«РОССИЙСКАЯ ТАМОЖЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

 

Санкт–Петербургский имени В.Б. Бобкова филиал

Российской  таможенной академии

Кафедра товароведения и таможенной экспертизы

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Экология» на тему

«Энергетическое обеспечение биологического круговорота»;

«Экологическое нормирование и общие принципы рационального природопользования»

 

 

 

Выполнил:

студентка 1-го курса заочной формы обучения факультета таможенного дела, группа 1511-з А.А. Демина

Проверил:_____К.В. Мелентьев                   .

      (инициалы, фамилия преподавателя)

                         канд. техн. наук                     .

                  (уч. степень, уч. звание)

Оценка__________________

Подпись_________________

 «_____»                                   2011 г.

 

 

 

 

 

 

 

Санкт–Петербург

2011

 

 

Оглавление

 

Введение 3

1. Энергетическое обеспечение биологического круговорота 4

1.1. Потоки вещества и энергии в экологических системах 4

1.2. Биогеофизические круговороты веществ в природе: круговороты воды, серы, кислорода, фосфора, азота. 7

1.2.1. Круговорот воды. 7

1.2.2.  Круговорот серы. 8

1.2.3. Круговорот кислорода. 9

1.2.4. Круговорот фосфора. 10

1.2.5. Круговорот азота. 11

1.3. Геологический (большой) и биотический (малый) круговорот веществ 12

2. Экологическое нормирование и общие принципы рационального природопользования 14

2.1. Рациональное использование природных ресурсов 14

2.2. ФЗ «об охране окружающей среды» и основные принципы нормирования загрязняющих веществ в окружающей природной среде 15

Заключение 18

Список использованной литературы 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Взаимодействие  человека с природой – одна из наиболее сложных и трудно разрешимых проблем современности. Сегодня стало очевидным, что задачи сохранения окружающей среды и экономического развития взаимосвязаны: разрушая и истощая природную среду невозможно обеспечить устойчивое экономическое развитие.

Формирование  комплексной и гармоничной системы  природопользования – важная проблема, стоящая перед экономистами. Ее разрешение требует знания основ экологии, экономики и организации природопользования всеми специалистами экономического профиля.

В настоящее  время для разрешения экологических проблем в России действует система законодательных актов экологического законодательства, которая основывается на 5 законодательных актах об охране окружающей природной среды, 11 природноресурсных законодательных актов: Земельный Кодекс РФ, Закон РФ «о недрах», ФЗ «о животном мире» и другие, а также ряд норм, регулирующих отношения в сфере «общество-природа», содержатся в законодательных актах, регулирующих смежные отношения в сфере хозяйственной, управленческой и иной деятельности: Основы законодательства об охране здоровья, Гражданский Кодекс РФ и другие. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Энергетическое обеспечение биологического  круговорота

1.1. Потоки вещества  и энергии в экологических  системах

 

 

Экологическая система – основная функциональная единица экологии, включающая в себя живые организмы (биоценоз) и среду обитания (экотоп), причем каждая из этих частей влияет на другую и обе необходимы для поддержания жизни.

Экосистемы  представляют собой основные природные  единицы на поверхности Земли. Это  не только комплекс живых организмов, но и все сочетания физических факторов. Всюду, где можно наблюдать  отчетливое единство растений и животных, объединенных отдельным участком окружающей среды, говорят об экологической  системе.

Понятие экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности  и происхождения. Поэтому оно  применимо как к относительно простым искусственным (аквариум, теплица, пшеничное поле), так и к сложным  естественным комплексам организмов и  среды их обитания (озеро, лес, океан).

В состав экосистемы входят неживые и живые  компоненты.

Неживые (абиотические) компоненты:

1. неорганические вещества (N₂, C0₂, Н₂О и др.), включающиеся в природные круговороты;

2. органические соединения (углеводы, белки, аминокислоты, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотическую части экосистем;

3. климатический режим (освещенность, температура, влажность и другие физические факторы).

Живые (биотические) компоненты экосистем:

1. продуценты – автотрофные (самостоятельно питающиеся) организмы, главным образом, зеленые растения, которые создают органические вещества из простых неорганических веществ. Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме, т.е. являются производителями продукции,

2. макроконсументы (консументы 1, 2 и т.д. порядка) – гетеротрофные (питающиеся другими) организмы, главным образом, животные, которые поедают растения и другие организмы. В отличие от автотрофов продуцентов, гетеротрофы выступают как потребители и разрушители органических веществ,

3. микроконсументы (редуценты) – гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые разрушают сложные соединения мертвой протоплазмы, поглощают некоторые продукты разложения и высвобождают неорганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами.

Структура экосистемы. В зависимости от характера  питания в экосистеме строится экологическая  пирамида (пирамида питания), состоящая  из нескольких трофических уровней:

1. занимают автотрофные организмы;

2. гетеротрофные организмы 1 порядка, использующие в пищу биомассу растений;

3. гетеротрофы 2 порядка, питающиеся гетеротрофами 1 порядка, и т.д.

Любая жизнь  требует постоянного притока  энергии и вещества. Энергия расходуется  на осуществление основных жизненных  реакций, вещество идет на построение тел организмов. Существование природных  экосистем сопровождается сложными процессами вещественно-энергетического  обмена между живой и неживой  природой. Эти процессы очень важны  и зависят не только от состава  биотических сообществ, но и от физической среды их обитания. Усваивая солнечную энергию, зеленые растения создают потенциальную энергию, которая при потреблении пищи организмами превращается в другие формы. Превращения энергии в отличие от цикличного движения веществ идут в одном направлении, почему и говорят о потоке энергии.

Поток (круговорот) вещества – перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к редуцентам и далее (через химические реакции, происходящие без участия живых организмов) вновь к продуцентам.

Для изучения потоков энергии важны два начала термодинамики. Первое начало гласит, что энергия не может создаваться заново и исчезать, а только переходит из одной формы в другую. Второе начало формулируется таким образом: процессы, связанные с превращениями энергии, могут протекать самопроизвольно лишь при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную.

Общепринятая  в физике формулировка второго начала гласит, что в закрытых системах энергия стремится распределиться равномерно, т. е. система стремится к состоянию максимальной энтропии. Отличительной же особенностью живых тел, экосистем и биосферы в целом является способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т. е. состояния с низкой энтропией.

В экосистемах  перенос энергии пищи от ее источника  – растений через ряд организмов, происходящий путем поедания одних  организмов другими, и называется пищевой  цепью. При каждом очередном переносе большая часть (80–90 %) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. [5]

 

 

1.2. Биогеофизические  круговороты веществ в природе: круговороты воды, серы, кислорода, фосфора, азота.

 

      Деятельность живых организмов сопровождается извлечением из окружающей их неживой природы больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный круговорот веществ в природе, т.е. циркуляция веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.

 

1.2.1. Круговорот  воды.

 

 Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. Упрощенно говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.

Круговорот  воды является одним из грандиозных  процессов на поверхности земного  шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает  малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности  океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков  на поверхность океана образуют малый  круговорот. Если же водяной пар  переносится воздушными течениями  на сушу, круговорот становится значительно  сложнее. В этом случае часть осадков  испаряется и поступает обратно  в атмосферу, другая - питает реки и  водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным  стоком, завершая тем самым большой  круговорот. Важное свойство круговорота  воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает  воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные  воды и атмосферную влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани  растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые  для жизнедеятельности самих  растений.

Наиболее  замедленной частью круговорота  воды является деятельность полярных ледников, что отражают медленное  движение и скорейшее таяние ледниковых масс. Наибольшей активностью обмена после атмосферной влаги отличаются речные воды, которые сменяются в  среднем каждые 11 дней. Чрезвычайно  быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота являются отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.

1.2.2.  Круговорот  серы.

 

 

Сера является важным составным элементом живого вещества. Большая часть ее в живых  организмах находится в виде органических соединений. Кроме того, сера входит в состав некоторых биологически активных веществ: витаминов, а также ряда веществ, выступающих в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов в организме и активизирующих некоторые ферменты.

Сера представляет собой исключительно активный химический элемент биосферы и мигрирует  в разных валентных состояниях в  зависимости от окислительно-восстановительных  условий среды. Среднее содержание серы в земной коре оценивается в 0,047 %. В природе этот элемент образует свыше 420 минералов.

В изверженных породах сера находится  преимущественно в виде сульфидных минералов: пирита , пирронита , халькопирита , в осадочных породах содержится в глинах в виде гипсов, в ископаемых углях - в виде примесей серного колчедана и реже в виде сульфатов. Сера в почве находится преимущественно в форме сульфатов; в нефти встречаются ее органические соединения.

В связи с  окислением сульфидных минералов в  процессе выветривания сера в виде сульфатиона переносится природными водами в Мировой океан.  Сера поглощается морскими организмами, которые богаче ее неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные.

1.2.3. Круговорот  кислорода.

 

Кислород - наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды  с живыми организмами или их остатками  после гибели.

В составе  земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере  является молекула О2. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров.

Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза  зеленых растений и его общее  количество отражает баланс между продуцированием  кислорода и процессами окисления  и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило  такое время, когда количество свободного кислорода достигло определенного  уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого  кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода.