«Химия и охрана окружающей среды»

       МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 7»

РЕФЕРАТ:

«Химия и охрана окружающей среды»

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛА:                                                                                                                             УЧЕНИЦА 11 КЛАССА                                                                                                                          БЕЛЕНЬКАЯ ИННА

УЧИТЕЛЬ:                                                                                                                                                                                           ПАНАЭТОВА СОФЬЯ ИЛЬИНИЧНА

2015

СТ. ЕССЕНТУКСКАЯ

С давних пор люди стремятся познать мир, в котором живут, с которым постоянно взаимодействуют, откуда черпают все необходимое для жизни.

Земля, вода, воздух образуют как бы сферические оболочки, покрывающие земной шар, они и получили название литосферы, гидросферы и атмосферы. Наиболее специфическая  и важная сфера, где обитает все живое, получила название «биосфера» (от греческого – жизнь и шар). Согласно учению выдающегося ученого академика В.И. Вернадского, в биосфере живое вещество и среда обитания связаны и взаимодействуют между собой, образуя целостную и динамическую систему. Так, появление в давние времена зеленых хлорофилловых растений привело к полному изменению химического состава атмосферы. А это, в свою очередь, явилось предпосылкой всей последующей эволюции жизни на Земле.

В.И. Вернадский впервые сформулировал идею о том, что человеческий фактор в развитии биосферы стал главенствующим, что деятельность людей даже там, где она еще незначительна, растет со скоростью, превышающей скорость развития эволюции природы. Поэтому в современных условиях  учение о биосфере приобрело важное практическое значение. Общество с его постоянно растущими техническими возможностями, если оно заботится только о сегодняшнем дне и берет от природы слишком много, не учитывая ее ограниченную способность к восстановлению и воспроизводству своих ресурсов, может нарушить целостность биосферы.

Биосфера устроена очень сложно. Множеством нитей связанны организмы между собой  неживой материей. Разрыв любых связей или, наоборот, их искусственное усиление – причина угрозы биосферы.

«Все живое происходит от живого» - установил итальянский врач Ф.Реди еще в XVII веке. В.И. Вернадский отмечал, что этот принцип не имеет абсолютного значения, а отражает лишь определенный эмпирический опыт, справедливый для известных нам физико-химических условий. Когда-то в прошлом, при иных условиях , этот принцип был нарушен. Согласно  гипотезе академика А.И. Опарина, выдвинутой еще в 1924 г., жизнь на земле возникла на определенной ступени эволюции. Взаимодействие первичной атмосферы и первичного океана при тогдашних физико-химических условиях привело к образованию беловых тел, их сгустков и частиц, обладавших способностью к поглощению веществ из внешней среды из внешней среды. Затем, потребовалась длительная эволюция, чтобы возникли простейшие организмы. В последние 30 лет не раз ставились опыт, в которых моделировалась первичная атмосфера.  Пи различных физических условиях, включая электрический разряд, в этих опытах неизменно образовывались белковые соединения.

Жизнь – это «способ существования белковых тел». Жизнь не могла возникнуть и затем длительное время существовать как один какой-либо вид организмов, из которого потом в ходе эволюции появилось все остальное. Знание роли живого вещества заставляет предполагать одновременное (в геологическом масштабе времени) образование группы простейших одноклеточных организмов. Эти организмы могли выполнять различные биогеохимические функции и сформировать биосферу. Из этих простейших организмов эволюционным путем возникли все остальные организмы, которые существовали затем только в пределах биосферы.

Биосфера состоит из косного и живого вещества. Косное вещество, слагающееся из различных химических соединений и минералов, за исключением созданных человеком. Живое вещество, напротив, постоянно меняется  и обновляется. Живой мир палеозоя резко отличается от живого мира нашего времени. Появление жизни на нашей планете – это и есть появление на ней биосферы.

Последние данные палеонтологии указывают на необычайную древность зарождения жизни. Уже примерно через 500 млн. лет после образования Земли появились предки сине-зеленых водорослей. Они были способны к фотосинтезу, т.е. к усвоению солнечней энергии. Время зарождения жизни время образования нашей планеты состоят не столь уж далеко друг от друга.

Термин «экология» (от греческого – жилище и наука) введен немецким биологом Э.Геккелем в 1866 г.  Экология – наука об отношениях растительных и животных организмов и их популяций друг с другом и со средой обитания. Экология развивалась в двух направлениях. Представители одного из них исследовали биосферу без учета воздействия человека. Другие ученые включали человека и его деятельность в свою область исследований.

Первое направление в экологии явилось исключительно плодотворным при изучении животного в растительного мира. Второе приобрело особенно важное значение в наше время, для познания современных взаимоотношений человека с окружающей средой. В этом смысле экология выходит далеко за рамки биологической науки Современный ученый- эколог, наряду с биологией, обязан овладеть целым рядом научных дисциплин – геофизикой, технологией и т.д.

Воздух – один из основных элементов среды – необходим всему живому на земле. Без пищи человек обходиться пять недель, без воды- пять дней, без воздуха – пять минут. Но нормальная жизнедеятельность людей требует не только наличия воздуха, но и его определенной чистоты. От качества воздуха зависят здоровье людей, состояние животного растительного мира, прочность и долговечность любых конструкций знаний, сооружений. Загрязненный воздух – источник загрязнения вод, суши, морей, почв.

Атмосферный воздух – необходимый природный ресурс. Кислород, входящий в состав атмосфер, используется живыми организмами в процессе дыхания, он применяется при сжигании любого топлива в различных производственных установках и двигателях. Атмосфера – важный путь сообщения, используемый авиацией. Основной потребитель воздуха в природе – флора и фауна земли. Подсчитано, что весь воздушный океан проходит через земные живые организмы, включая человека, примерно за десять лет.

Очень долгое время люди считали воздух простым веществом. И только в XVIII веке французский ученый Лавуазье установил, что воздух является механической смесью различных газов. Атмосфера – газовая оболочка Земли. Она регулирует тепловой режим Земли, способствует перераспределению тепла по земному шару. Лучистая энергия Солнца – практически единственный источник теплоты для поверхности Земли. Она определяет и световой режим Земли. Лучистая энергия Солнца частично поглощается атмосферой. Достигая поверхности Земли, энергия частично поглощается почвой и водоемами, морями и океанами, частично отражается в атмосферу.

Нетрудно представить себе, каким был температурный режим Земли, если бы не было атмосферы: ночью и зимой она бы сильно охлаждалась за счет собственного излучения, а летом и днем перегревалась за счет солнечной энергии, радиации. Так происходит, например, на Луне, где нет атмосферы.

Атмосфера защищает и от «звездных осколков». Размеры метеоритов в подавляющем большинстве не превышают величины горошины. С огромной скоростью они под влиянием земного притяжения врезаются в атмосферу планеты, раскаляются за счет трения о воздух и на высоте около 60-70 км большей частью сгорают. Если бы отсутствовала атмосфера, на Землю падали бы и крупные космические осколки. Когда число частиц, вторгшихся в атмосферу Земли, особенно велико, создается впечатление «звездного дождя». Суеверные люди считали его «небесным знамением». На самом деле в этом нет ничего сверхъестественного.

Наличие воздушной оболочки придает нашему небу голубой цвет, т.к. молекулы основных элементов воздуха и различные примеси, содержащиеся в нем, рассеивают главным образом лучи с короткой длиной волны, т.е. фиолетовые, синие и голубые. Это зависит от количества и размеров примесей в атмосфере.

Все процессы, развивающиеся в атмосфере, осуществляются за счет энергии, получаемой Землей от Солнца. Благодаря ей, ежегодно с поверхности Земли испаряются многие миллиарды тонн воды. Атмосфера выполняет чрезвычайно важную роль перераспределения влаги на земном шаре. Поступившая в атмосферу в виде пара вода переносится на огромные расстояния и за тем снова выпадает на Землю.

Воздушный океан обладает способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Аэрозоли вымываются из атмосферы осадками, ионы оседают под влиянием электрического поля атмосферы, а также вследствие гравитации. Процессы самоочищения атмосферы связаны не только с выпадением осадков и образованием нисходящих потоков, но и с другими метеорологическими явлениями.

Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Эта способность природы долгое время эксплуатировалась человеком бездумно и хищнически. Отходы производства выбрасывались в воздух в расчет на то, что все они, в конечном итоге, будут обезврежены и переработаны самой природой. При этом не возникало и мысли о наносимом ей ущербе. Казалось, что, как ни велика общая масса отходов, она незначительна по сравнению с защитными ресурсами. Однако при прогрессирующем росте загрязнений становится очевидным, что природные системы самоочищения рано или поздно не смогут выдержать такой натиск. Способность атмосферы к самоочищению имеет определенные границы. Если они будут превышены, то самоочищение в атмосфере не приведет к полному рассеиванию и разложению примесей. Поэтому большие объемы вредных выбросов в атмосферу вызывают целый ряд неблагоприятных последствий.

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются автомобили и другие виды транспорта, а также промышленные предприятия.

Выбросы автотранспорта, составляющие около половины атмосферных выбросов антропогенного происхождения, образуются из выбросов двигателя и стартера автомашины, продуктов износа механических частей, покрышек и дорожного покрытия. В состав выбросов помимо азота, кислорода, диоксида углерода и воды входят такие вредные компоненты, как оксид углерода, углеводороды, диоксиды азота и серы, а также твердые частицы.

К числу вредных компонентов относятся и твердые выбросы, содержащие свинец и сажу, на поверхности которой адсорбируются циклические углеводороды, ряд которых, согласно новейшим данным, обладает канцерогенными свойствами.

Предприятия металлургической, химической, цементной и других отраслей промышленности выбрасывают в атмосферу огромное количество золы, сернистых и других вредных газов, выделяющихся при различных технологических производственных процессах.

Загрязнение окружающей среды, и в особенности воздуха, выбросами промышленных предприятий, автомобильного транспорта вызывает в последние годы все большее беспокойство людей во многих странах. В декабре 1984 г. в индийском городе Бхопал в результате утечки почти 40 тонн  ядовитого газа на заводе американской компании «Юнион карбайд» погибли более 2,5 тысяч человек и свыше 50 тысяч получили тяжелые отравления. Специалисты, участвовавшие в расследовании, подчеркивают, что американская монополия грубо нарушила технологические нормы при сооружении химического комбината в Бхопале. Его объекты не были оборудованы системой предупреждения утечки ядовитых веществ. Завод строился в нарушении норм охраны окружающей среды.

Атмосферный воздух, как уже отмечалось, принадлежит к числу основных компонентов окружающей природной среды. С чистотой воздуха связаны здоровье человека, состояние животного и растительного мира.

Почва – особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Важнейшее ее свойство – плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений.

Природное плодородие имеет различный уровень, зависящий от состояния и свойств почвы и факторов почвообразования. Земля – важнейшее богатство общества, она не только главное средство производства в сельском хозяйстве, но и базис размещения и развития всех отраслей народного хозяйства. С давних пор люди ласково и уважительно называют земля – матушка, кормилица и поилица.

Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой части. В твердой части преобладают минеральные вещества. Твердые частицы заполняют не весь объем почвенной массы, а лишь некоторую ее часть. Другую часть составляют поры – промежутки различного размера и формы между частичками и их агрегатами. В порах находится почвенный раствор и почвенный воздух. Соотношение их непрерывно меняется: чем больше поры заполнены влагой, тем затруднительнее газовый обмен между почвой и атмосферой, тем медленнее протекают в почвенной массе процессы окисления и быстрее процессы восстановления. 
    Минералогический состав твердой части почвы во многом определяет ее плодородие. В состав минеральных веществ входят: кремний, алюминий, железо, калий, магний, кальций, фосфор, сера, значительно меньше содержится молибдена, бора, фтора и др. Подавляющее большинство элементов находится в окисленной форме.
    В состав твердой части почвы входит органическое вещество, основная часть которого представлена гумусом. Гумус (перегной) – органическое вещество почвы, образующееся за счет разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности. В состав органического вещества входят такие соединения, содержащиеся в растительных и животных остатках: клетчатка,   белки, сахара, смолы, жиры, дубильные вещества и т.д. При разложении органических веществ содержащийся в них азот переходит в формы, доступные растениям. В естественных условиях они являются основным источником питания растительного организма.
    Жидкая часть почвы, т.е. почвенный раствор, - активный компонент почвы, осуществляющий перенос веществ внутри нее, вынос из почвы и снабжение растений водой и растворенными элементами питания.
    Газообразная часть – почвенный воздух. Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов и представителей многих групп беспозвоночных животных – простейших, червей, моллюсков, насекомых и др. Он является важнейшим звеном всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом. 
     В связи с широким использованием удобрений обостряется проблема загрязнения окружающей среды, с которой уже столкнулись страны с высокоинтенсивным сельхозпроизводством.
    Наибольшую опасность представляют азотные удобрение вследствие большой подвижности нитратного азота. Они легко вымываются и загрязняют водоемы и грунтовые воды. На долю сельскохозяйственного производства приходится не менее половины связанного азота, поступающего в водоемы.
     Нитраты накапливаются выше допустимых норм не только в воде, но и в растениях – как в продовольственных, так и в кормовых. Если сами по себе нитраты не представляют собой опасности для здоровья человека и животных, то образующиеся в них нитраты высоко токсичны, в частности вызывают тяжелое заболевание крови у детей. Из нитратов могут образоваться нитро амины, обладающие канцерогенным эффектом.

Менее опасны фосфорные удобрения. Ион фосфата малоподвижен, прочно закрепляется в почве и практически нетоксичен для человека и животных. Основным источником загрязнения водоемов фосфором является не сельское хозяйство, а промышленные и бытовые стоки. Доля сельского хозяйства в загрязнении вод фосфором не превышает 10-15%. Особенно массивным источником загрязнения этим элементом стали в последнее время моющие средства, содержащие полифосфаты. Значительное накопление фосфата в водоемах также способствует эвтрофикации водоемов. 
    Специфическая особенность фосфорных удобрений заключается в том, что применение их в больших дозах приводит к накоплению в почве других нежелательных элементов: стабильного стронция, фтора, естественных радиоактивных соединений урана, радия, тория.
     Третий основной элемент питания растений – калий – не оказывает существенно вредного влияния на окружающую среду. Однако с калийными удобрениями вносится много хлора, поступление которого в грунтовые воды также нежелательно.
    Перестройка агрохимической службы страны, создание агрохимических центров открывает новые возможности в повышении эффективности использования туков, позволяют лучше организовать их хранение, транспортировку и внесение в почву. Одна из профилактических мер – применение удобрений в соответствии с рекомендациями, которые разрабатываются применительно к конкретным почвенно-климатическим условиям. Для всех хозяйств ежегодно составляются научно обоснованные планы рационального использования органических и минеральных удобрений. Установлен также постоянный контроль за уровнем загрязнения окружающей среды удобрениями, применяемыми в сельском хозяйстве. Такой контроль возложен на специальные отделы, созданные в агротехнических лабораториях и станциях химизации, оснащенных необходимыми приборами и лабораторным оборудованием.
    Вода – основа всей жизни на Земле. Водяной пар, находящийся в атмосфере, пропускает большую часть солнечных лучей и задерживает тепловое излучение Земли в мировое пространство, регулирует тепловой баланс планеты. Вода обладает высокой теплостойкостью. Накопление тепла в гидросфере летом и отдача его зимой смягчает климат Земли.
    Вода в природе находится в твердом, жидком и газообразном состоянии. Вода разрушает горные породы, растворяет неорганические соединения и переносит их на большие расстояния. Большинство биохимических и биофизических процессов, связанных с обменом веществ в живых организмах, могут протекать только при наличии водной среды. Вода – единственный источник кислорода, поступающего в атмосферу при фотосинтезе. Вода входит во все ткани и клетки живых организмов. Она является наилучшим растворителем. Вода – единственное в природе минеральное вещество, которое нельзя заменить другими веществами. Вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производительных сил, важнейшее свойство производства. Она играет огромную роль в жизни человека.

В круговороте воды в биосфере суммарное испарение уравновешивается выпадением осадков. Удаление некоторого количества водорода в космос компенсируется в основном за счет ювенильной воды (подземной воды, поднимающейся на поверхность из магматических очагов). С поверхности океана испаряется больше воды, чем поступает с осадками. «Лишние» осадки, выпавшие на сушу, питают ледники, пополняют грунтовые воды и реки и возвращаются со стоком воды в океан. Часть воды расходуется на транспирацию растений.

В морях, реках и озерах ведется рыбный промысел. Флора и фауна рыбных водоемов нашей страны весьма богата и разнообразна. В них вылавливают около 250 видов рыб.

С помощью воды намываются плотины. По воде путешествуют, сплавляют лес. Без чистой воды немыслима жизнь на земле, поэтому защита водных ресурсов от загрязнения и истощения является одной из важнейших задач современности.

Большую роль вода играет в жизнедеятельности человека. У взрослого человека вода составляет более половины массы тела.

Ни один жизненный процесс в организме человека или животного не может совершаться без воды. Важной составной частью каждой летки является вода. В одной среде протекают жизненно важные функции организма. Если  без пищи человек может существовать 50 и более суток, то без воды смерть наступает через 5 дней.

Основная причина загрязнения водных бассейнов – сброс в воемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, коммунальным и сельским хозяйством.

Загрязнения, поступающие в сточные воды, условно можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяют нерастворимые, коллоидные и растворимые примеси. По совей природе загрязнения делятся на минеральные, органические,  бактериальные, биологические.

Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот, щелочей и др. веществами.

Органические загрязнения, в свою очередь, подразделяются по происхождению на растительные и животные. Растительные органические загрязнения представляют собой остатки растений , бумаги, растительное масло и т.д. загрязнения животного происхождения – физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и др.

К бактериальным и биологическим загрязнениям относятся различные микробы, микроорганизмы, в частности, дрожжевые и плесневые грибы, мелкие водоросли, бактерии. Бактериальные и биологические загрязнения характерны для бытовых сточных вод и для сток некоторых промышленных предприятий. Среди последних необходимо строго указать на бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые производства, биофабрики, предприятия микробиологической промышленности и т.д.

Источниками загрязнения подземных вод могут быть:

- места хранения и транспортировки промышленной продукции и отходов производства;

- места хранения (аккумуляции) коммунальных и бытовых отходов;

- сельскохозяйственные и другие угодья, на которых применяют удобрения, пестициды и др. химические вещества;

- загрязненные участки водоносного горизонта, естественно и искусственно связанного со смежными водоносными горизонтами;

- загрязненные участки поверхностных водных объектов, питающих подземные воды;

- участки инфильтрации загрязненных атмосферных осадков;

- промышленные площадки предприятий, поля фильтрации, буровые скважины  и др. выработки.

Источником загрязнения подземных вод могут быть атмосферные осадки, загрязняющиеся на территориях, занятых промышленными отходами, солеотвалами, на участках хранения нефтепродуктов, сырья и готовой продукции предприятий химической промышленности, складов ядохимикатов и удобрений.

Попадание загрязняющих веществ в подземные воды из источников загрязнения должно быть исключено. При загрязнении и опасности загрязнения подземных вод объем и способ наблюдений за их режимом или качеством определяются в зависимости от значения и вида водопользования, а также с учетом возможных последствий загрязнения.

Главный загрязнитель океана – нефть. Почти половину ее приносят в океан реки и сточные воды расположенных на побережье предприятий и городов.

Один из самых неприятных результатов антропогенного воздействия на океан –  перепроизводство фитопланктона, микроскопических водорослей. Этот процесс может быть вызван разными видами загрязняющих веществ: нефтью, бытовыми и сельскохозяйственными стоками – своего рода удобрениями. В загрязненной воде начинают безудержно размножаться один какой-либо вид водорослей, чаще всего сине-зеленые, заполняющие иногда огромные пространства. Жизненный цикл их очень короток – около месяца. Столь же массово они отмирают, опускаются на дно и разлагаются, поглощая кислород. При резко выраженном дефиците кислорода полностью гибнет донная фауна – рачки, моллюски, прочие беспозвоночные.

Охрана морей и океанов не может ограничиться национальными рамками. Необходимо строгое международное сотрудничество, которая дает возможность разработать научно обоснованную стратегию охраны океана от загрязнений. Несомненно, совместные усилия разных стран внесут значительный вклад в сохранение богатств океана на благо всего человечества.

При исследованиях, разведке и разработке естественных богатств континентального шельфа предусматриваются охранные мероприятия по предотвращению ограничения условий морского водопользования вследствие загрязнения шельфа и водной среды над ним промышленными и бытовыми сбросами сточных вод, радиоактивными веществами и другими отходами производства. Данные мероприятия в каждом конкретном случае подлежат согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы в части, касающейся санитарной охраны прибрежных вод морей.

Итак, развитие человеческого общества невозможно без взаимодействия с окружающей средой. Люди преобразуют природу, получают от нее все необходимое для жизни: энергию, продукты питания, различные материалы. Природа удовлетворяет и эстетические потребности людей. Но этот прогресс может обернуться для человечества иной стороной. Достигнутые благополучие и комфорт могут оказаться опасной иллюзией, если не позаботиться о сохранении нашей биосферы. Для этого требуются обширные знания в области экологии и широкое применение этих знаний во всех отраслях хозяйственной деятельности.

Сейчас уже ясен путь, который позволит человечеству избежать экологического тупика своего развития. Это безотходные и малоотходные технологии, превращение отходов в полезные ресурсы. Но потребуются  десятилетия для повсеместного воплощения этой идеи в жизнь. И совершить это под силу только тем, кто вооружен экологическими знаниями.

Заповедь, которой должны руководствоваться люди, хорошо выражена в сказке Сент-Экзюпери: «Есть такое твердое правило: встал поутру, умылся, привел себя в порядок – и сразу же приведи в порядок свою планету».