Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Ярославский государственный университет им. П.Г.Демидова
С. Г. Сибриков
ТЕХНОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ
И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РИСК
Учебное пособие
Рекомендовано
Научно-методическим советом университета
для студентов, обучающихся по специальностям Экология,
Прикладная информатика в химии,
направлению Экология и природопользование
Ярославль 2009
1
Стр.1
УДК 574
ББК Б1я73
С 34
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. План 2009 года
Рецензенты:
С. Д. Тимрот, кандидат технических наук,
доцент кафедры охраны труда и природы ЯГТУ;
Комитет нормирования и экологической экспертизы
Департамента охраны окружающей среды и природопользования
Ярославской области
С 34
Сибриков, С. Г. Техногенные системы и экологический риск:
учебное пособие / С. Г. Сибриков; Яросл. гос. ун-т им. П. Г. Демидова.
– Ярославль: ЯрГУ, 2009. – 156 с.
ISBN 978-5-8397-0713-9
Учебное пособие содержит основной материал, который соответствует
программе по указанным ниже специальностям и направлению.
Пособие состоит из основных частей: Окружающая
среда как система, Техногенная система, Влияние техногенных
систем на окружающую среду, Последствия влияния техногенных
систем, Основные мероприятия по защите окружающей среды,
Экологическая безопасность и экологический риск. Оно иллюстрировано
рисунками, схемами, таблицами, которые помогают студентам
наиболее полно усвоить изложенный материал. Пособие
написано доступным языком, без особого применения каких-либо
специфических терминов (если в том не было особой необходимости).
Оно содержит вопросы к экзаменам (зачету) по предмету
«Техногенные системы и экологический риск».
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся
по специальностям 020801 «Экология», 080801 «Прикладная информатика
в химии», направлению 020800 «Экология и природопользование»
(дисциплина Техногенные системы и экологический
риск, блок ОПД), очной и заочной форм обучения
УДК 574
ББК Б1я73
ISBN 978-5-8397-0713-9
2
© Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова,
2009
Стр.2
Введение
Существенная роль в обеспечении устойчивого развития человечества
принадлежит химической и экологической науке,
особенно в создании новых безопасных производств, разработке
методов минимизации отходов и их использования. Методы химической
технологии являются главными в обезвреживании и
утилизации отходов как собственно химических производств, так
и других отраслей промышленности, что обусловливает приоритетную
роль специалистов-экологов и специалистов-химиков при
решении природоохранных проблем.
В связи с этим основная задача дисциплины – получение и освоение
студентами ключевых представлений и навыков, необходимых
для решения проблем безопасного взаимодействия человека
с природной средой.
Целью курса является подготовка специалиста в области экологии
и охраны природы, способного на основе оценки экологического
риска прогнозировать последствия техногенного воздействия
на биосферу, минимизировать эти последствия, использовать
принципы экологического природопользования для
планирования мероприятий, способствующих устойчивому развитию
общества.
Пособие включает в себя следующие основные разделы:
компоненты окружающей среды как системы, их взаимосвязь и
функционирование; защитные механизмы окружающей среды и
факторы, обеспечивающие ее устойчивость; естественные природные
циклы и механизмы самоочищения биосферы; антропогенные
воздействия на окружающую среду, их масштаб и последствия;
основные загрязнители окружающей среды; характер
глобальных и локальных экологических проблем; способы
уменьшения негативного воздействия антропогенных факторов
на состояние атмосферы, гидросферы, почвы; причины, характер
и масштабы чрезвычайных и аварийных ситуаций; основы теории
опасности и риска, анализ риска, его оценка.
3
Стр.3
1. Окружающая среда как система
1.1. Понятие системы
Система – любая вещественно-энергетическая или концептуальная
совокупность взаимосвязанных составляющих элементов, объединенных
прямыми и обратными связями в единое целое. Системой
можно назвать также совокупность элементов, определенным образом
связанных и взаимодействующих между собой; это любой
объект, реальный или мыслимый, целостные свойства которого могут
быть представлены как результат взаимодействия образующих
его частей.
Части системы называют элементами системы. Элементы системы
могут быть физическими, химическими, биологическими или
смешанными.
Структуру системы определяет способ взаимодействия элементов,
и это взаимодействие приводит к возникновению новых свойств
системы и ее характеристик.
Отличительной чертой любой системы является наличие у
нее входа и выхода, причем определенное изменение входной величины
влечет за собой некоторое изменение величины выходной.
Зависимость
выходной величины от входной определяется
законом поведения системы. В идеальном случае этот закон может
быть выражен математическим уравнением, имеющим аналитическое
решение. Одно из этих свойств – иерархическая соподчиненность
элементов.
Любая природная или техногенная система является открытой,
т.е. она обменивается с окружающей ее средой веществом и энергией.
Пределы изменений на входе и выходе зависят от следующих переменных:
1)
размеров системы: чем она больше, тем меньше зависимость
от внешних частей;
2) интенсивности обмена: чем он интенсивнее, тем больше приток
вещества и энергии и их отток;
4
Стр.4
3) сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов:
чем больше нарушено равновесие, тем больше должен быть приток
извне для его восстановления;
4) стадии и степени развития системы: молодые системы отличаются
от более зрелых и развитых систем.
Отличительной чертой любой живой системы (от организма
до биосферы в целом) является ее способность к самовосстановлению
[3].
1.2. Причины устойчивости биосферы
как системы
1. Магнитное поле Земли. Его силовые линии окружают
Земной шар и образуют вокруг него магнитосферу, которая защищает
все живые организмы от «солнечного ветра». Магнитное
поле Земли – важный источник жизни, без которого она не смогла
бы зародиться в прошлом, а также сохраниться и существовать
в настоящем.
2. Озоновый слой биосферы. Автотрофные организмы привели
к появлению кислорода в атмосфере. Наполнение атмосферы
кислородом способствовало появлению в ней озона. Основное
его количество сосредоточено в стратосфере на высоте 15–25 км
(верхняя граница – до 45 км). Озон создает озоновый слой, основная
масса которого образуется в экваториальной зоне и распространяется
атмосферными течениями к полюсам. В различных
широтах озоновый слой располагается на разных высотах: в
полярных районах – на высоте 20 км; в тропиках – 25–26 км; в
умеренных широтах – на высоте 23 км. Общее количество озона
составляет примерно 3,3 млрд. т; 85–90% его находится в стратосфере,
остальные – в тропосфере. Если гипотетически сжать слой
озона при давлении 1,0 атм. и равномерно распределить над поверхностью
Земли, то получится слой толщиной около 3 мм.
Озон практически полностью поглощает поток ультрафиолетового
излучения (УФ) Солнца с длиной волны 200–280 нм и 90%
излучения с длиной волны 280–320 нм. Озоновый слой является
защитой всего живого от жесткого излучения Солнца, а также является
регулятором температуры атмосферы. Максимальный на5
Стр.5