Среда обитания город
методическая разработка по химии на тему

Интегрированный тематический классный час:

Среда обитания – ГОРОД.

Ведущий. Тема сегодняшнего ток-шоу — экология города. Для обсуждения этой проблемы приглашены эксперты: социальные экологи, математики-экологи, химики-экологи, медики-экологи, архитекторы. Все мы, здесь присутствующие, — горожане, и каждый из нас на себе испытывает достоинства и недостатки городского образа жизни. Думается, начать диспут надо с выступления социального эколога, который расскажет о роли городов в жизни человечества и биосферы, о том, как эта роль изменялась в истории, коротко остановимся на прогнозах дальнейшей урбанизации, которые имеются у экологов сегодня. Прошу вас, коллега!

Социальный эколог. Города — дети цивилизации, с ними связано развитие науки, культуры, промышленности. Без них невозможно представить историю цивилизации. Роль городов и число городского населения на протяжении истории человечества возрастали. В настоящее время в них проживает около 60% населения мира, а в некоторых странах, например в Японии, — до 80%, в России горожан около 70%. Футурологи прогнозируют, что в ближайшие десятилетия доля городского населения в мире возрастет до 80%.

Города — это области наиболее острых конфликтов человека и биосферы. Это гетеротрофные антропогенные экосистемы, которые созданы человеком и потребляют энергию, поступающую в них по линиям электропередачи, нефте- и газопроводам, в цистернах автомобилей и вагонов. На каждого горожанина работает 1,5-2 га сельскохозяйственных угодий, так как город сам не только не может обеспечить себя энергией, но еще и не может прокормиться. Он потребляет огромное количество воды и минеральных ресурсов, причем после использования вода возвращается в окружающую среду в непотребном состоянии. Она загрязнена множеством опасных химических веществ.

Масса вывозимых из города продуктов производства составляет менее 10% от того гигантского количества сырья и пищи, которые ввозят в город. Поэтому любая городская экосистема аккумулирует вещества. Здесь повышается уровень поверхности почвы и растет культурный слой, мощность которого в больших и древних городах составляет уже несколько метров. На космических снимках города с шоссейными дорогами и пригородами кажутся метастазами раковых опухолей, которые располагаются на планете. Эколог Юджин Одум назвал города "паразитами биосферы". В этих мегаполисах часто складываются неблагоприятные условия для жизни людей. 

Ведущий. Спасибо. Того, что вы сказали, вполне достаточно, чтобы объявить города "вне закона". Однако все мы понимаем, что пути назад у человечества нет и без городов не обойтись. Поэтому давайте выясним, как можно улучшить экологическую среду обитания внутри городской экосистемы, уменьшить пагубное влияние городов на окружающие экосистемы. Кто начнет обсуждение этой проблемы?

Архитектор-градостроитель. Наверное, я, так как то, каким будет город, прежде всего зависит от его архитектурной планировки. Сегодня экологический подход является основным при строительстве новых городов и при обустройстве уже существующих. Главная задача новых планировок — рассредоточение людей, создание городов-спутников. И в новых жилых районах, и по возможности в старых увеличивается площадь, занятая зелеными насаждениями. Именно зеленые насаждения улучшают микроклимат города, очищают атмосферу от загрязняющих веществ, благотворно влияют на психическое здоровье горожанина, так как гасят отрицательный эффект "полей агрессивности" крупных зданий, уменьшают шумовое загрязнение. Для уменьшения шумового загрязнения за город выносят основные транспортные артерии — железные дороги и шоссе междугородных перевозок.

Ведущий. Математики подсчитали.

1.Видеоролик «Шумовое загрязнение»

Транспортный шум и другие физические воздействия.

Воздействие транспортного шума на окружающую среду, в первую очередь, на среду обитания человека, стало проблемой. Около 40 млн. населения России проживает в условиях шумового дискомфорта, причем половина из них испытывает воздействие шума более 65 дБа.

Общий уровень шума на наших дорогах выше, чем в западных странах. Это объясняется большим относительным числом грузовых автомобилей в составе транспортного потока, для которых уровень шума на 8-10 дБа (т.е. примерно в 2 раза) выше, чем легковых. Ниже у нас и нормативные требования к выпускаемым автомобилям. Но главная причина заключается в отсутствии контроля за уровнем шума на дорогах. Требование ограничения шума отсутствует даже в Правилах дорожного движения. Неудивительно, что неправильное обустройство грузовых машин, прицепов к ним, небрежная укладка и плохое крепление грузов стало массовым явлением на дорогах. Порой тяжелый грузовик с одноосным прицепом, везущий два десятка газовых труб, создает шума больше, чем самый крутой поп-оркестр, работающий на пороге болевых ощущений и психического расстройства.

Считается, что в городских условиях 60-80% шума создает движение транспортных средств.

Основными мероприятиями по снижению транспортного шума,    являются:

-исключение пересечений транспортных потоков, обеспечение равномерного свободного

движения;

-снижение интенсивности движения, запрет грузового движения в ночное время;

-удаление транзитных магистралей и дорог с грузовым движением из жилых зон;

-устройство шумозащитных сооружений и (или) зеленых насаждений;

-создание на придорожной территории защитных полос вдоль дорог, застройка которых

допустима только для сооружений без санитарных ограничений шума.

2. Защитные экраны

Эффективность защитного экрана зависит от возвышения верхнего его края над линией, соединяющей источник шума и защищаемую точку. Наилучший результат, естественно, получается, если эстакада имеет высоту, сравнимую с высотой жилых домов.

Рис.   Защитный экран из сборных бетонных панелей с керамзитобетонным наружным слоем

При размещении экранов с двух сторон происходит отражение звуковых лучей. Они должны поглощаться или отражаться в таком направлении, чтобы не попадали в защищаемые места. Поглощение достигается применением определенных материалов или структурированием поверхности. Регулирование направления отражения производится путем наклона ограждающих панелей в наружную сторону.

  Прозрачный экран, несмотря на значительную высоту, не создает впечатления замкнутого пространства, негативно влияющего на психологическое состояние водителей. Свободный обзор ландшафта - один из основных принципов архитектурного проектирования дороги.

Архитектор-градостроитель.  В городах, чтобы избежать простоя транспорта у светофоров (в это время в атмосферу выбрасывается особенно много выхлопных газов), создают подземные и надземные путепроводы, транспортные развязки, исключающие образование пробок. При размещении в городе различных предприятий учитывается их экологическая опасность, т.е. количество загрязняющих веществ, которые они выбрасывают в окружающую среду. Например: Генеральный план развития Москвы до 2020 года предусматривает высвобождать большие территории, занятые промышленными объектами. Наиболее крупные работы в этом направлении - перебазирование двух цехов ЗИЛа, фабрики «Красная Пресня» и Московского завода пищевых концентратов. завод "Эколог" по обезвреживанию биологических отходов, находящийся в районе Некрасовка на юго-востоке Москвы, планируется вывести с территории города до конца 2014 года. Малоопасные предприятия могут чередоваться с жилыми домами, но предприятия, которые загрязняют атмосферу, должны быть удалены от жилых кварталов и окружены зелеными защитными зонами, поглощающими газы и пыль.

Необходимо улучшить работу транспорта, причем общественного. При использовании индивидуального транспорта за одну только "чело- веко-поездку" горожанина на работу выбрасывается в атмосферу в 5—10 раз больше выхлопных газов, чем при использовании автобуса. И конечно, идеальным транспортом для городов является троллейбус.

Ведущий. Математики подсчитали.

(слайд: Транспортные факторы)

Вредные вещества при эксплуатации подвижных транспортных средств поступают в воздух с отработавшими газами, испарениями из топливных систем и при заправке, а так же с картерными газами. На выбросы оксида углерода значительное влияние оказывает рельеф дороги и режим движения автомашины. Так, например, при ускорении и торможении в отработавших газах увеличивается содержание оксида углерода почти в 8 раз. Минимальное количество оксида углерода выделяется при равномерной скорости автомобиля 60 км/ч.

Проводятся расчеты выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух автотранспортными средствами (АТС) при их движении по улично-дорожной сети крупнейших городов (с населением более 1 млн. человек .

АТС разделены на следующие типы:

• легковые автомобили;
• грузовые автомобили и автобусы полной массой до 3500 кг и более;
• автобусы полной массой более 3500 кг.

Каждый тип АТС в зависимости от вида используемого топлива разделен на следующие подтипы:

АТС, работающие на бензине; на дизельном топливе; сжиженном нефтяном газе; на (сжатом) природном газе.

Рассчитывается выброс загрязняющих веществ при движении АТС по городским улицам и дорогам регулируемого и непрерывного движения, а также при пуске и прогреве двигателя АТС после стоянки и в различные периоды года (холодный, тёплый, переходный).

Итак:

Выброс загрязняющего вещества автотранспортными средствами соответствующего расчётного типа Mipj рассчитывается по формуле:

Mipj = gipj-Qpj-10-З, т,

где Qpj - потребление моторного топлива р-го вида автотранспортными средствами j-ro расчетного типа при движении по городским улицам и дорогам за определённый период, т;

gipj - удельный выброс i-ro загрязняющего вещества автотранспортными средствами j-ro расчетного типа при использовании р-го вида топлива, г/кг

Ведущий. Спасибо. Как я понял из выступления, загрязнение атмосферы — неизбежное зло, которое сопутствует городу. Мне кажется, это не совсем так. Вспомним Токио, где когда-то прохожие падали от смога на улицах. Теперь японцы гордятся тем, что атмосфера в этом супергороде чистая. Быть может, присутствующий здесь эксперт-химик расскажет о перспективах уменьшения пагубного влияния на атмосферу.

Химик-эколог. Разумеется. Хотя, увы, и мне больше придется говорить об опыте оздоровления городской среды в развитых странах. В России ситуация тяжелая.

Сильно загрязнена атмосфера в Нижнем Тагиле, Норильске, Красноярске, Уфе и многих других городах.

Принципиальная возможность не загрязнять городскую атмосферу есть даже в случае, если предприятия, которые сегодня рассматриваются как экологически чистые, расположены в жилой части. Американцам удается очищать от ядовитых примесей на 98% даже дымы теплоэлектростанций, работающих на угле. В Новой Зеландии построен нефтеперерабатывающий завод, который практически совсем не загрязняет атмосферу. Иными словами, за счет внедрения новых малоотходных технологий и совершенных систем очистных конвейеров, в которых используются все виды очистки — физическая, физико-химическая, химическая, биологическая, можно очищать и газообразные, и жидкие выбросы предприятий. Но в этом случае у таких предприятий до 60—70% затрат пойдет именно "на экологию". Увы, пока средств на модернизацию производства в России нет, и мириться с загрязненной атмосферой в городах придется долго, как и с недостаточно очищенными стоками, которые сбрасываются предприятиями в реки.

Ведущий. Как же экологические проблемы городов сказываются на здоровье горожан?

      Медик-эколог. Загрязнение атмосферного воздуха в Москве привело к постоянному росту аллергических и астматических заболеваний у детей и высокой смертности среди пожилых людей в периоды летнего смога. Для Москвы характерно высокая распространенность сердечно-сосудистых заболеваний , превышающая средне российские уровни на 70%.  В структуре общей заболеваемости у 20% взрослых и до 60% у детей занимают болезни респираторной системы. Неуклонный рост заболеваемости бронхиальной астмой среди детей и особенно подростков прослеживается как в целом по Москве, так и в Южном, Зеленоградском, Центральном и Северном округах.

       По сравнению с 1991 годом в 2 раза увеличилась частота эндокринных заболеваний среди детей и в 1,5 раза среди подростков. Отмечен рост заболеваемости болезнями крови у детей, особенно железодефицитными анемиями, проживающих в Центральном, Северо-Западном и Южном округах .

      Повысилась распространенность болезней нервной системы и органов чувств среди всех групп населения .

      В Москве выше среднего по стране уровень онкологической заболеваемости детей. 
По 42 показателям экологически зависимой неинфекционной и онкологической заболеваемости рейтинг административных округов  следующий (начиная с наихудшего):
ЮАО – ЦАО – ЗелАО – САО – (СВАО и ЮЗАО) – ЮВАО - СЗАО – (ВАО и ЗАО).

Ведущий. Что же делать для того, чтобы горожане меньше страдали?

Медик-эколог. Трудный вопрос. Чтобы условия улучшились коренным образом, надо закрыть экологически опасные предприятия, но мы знаем, что это практически невозможно. Все предприятия связаны между собой, и закрытие одного остановит производство еще на нескольких других предприятиях, которые особого вреда окружающей среде не наносят. Вот почему прежде всего необходимо отселить жителей от опасных производств на расстояние, где загрязнение атмосферы не превышает относительно безопасного уровня.

Для этого существуют методы мониторинга за уровнем загрязнения, есть современные приборы, которые регистрируют десятки ингредиентов, загрязняющих атмосферу или воду, причем передают информацию на компьютер, с которого ее может считывать эколог, следящий за уровнем загрязнения. Поскольку уровень загрязнения зависит от метеоусловий, в период полного штиля, когда загрязненные атмосферные массы застаиваются, наиболее опасные цехи должны работать не на полную мощность, а возможно, и временно останавливаться.

За здоровьем населения экологически неблагополучных городов должно проводиться постоянное медицинское наблюдение, особенно за теми, кто работает на экологически опасных предприятиях. 

 Можно постоянно подлечивать наметившиеся заболевания верхних дыхательных путей или печени, предоставлять горожанам путевки для отдыха и лечения в экологически чистых районах. За счет надбавок к заработной плате также горожане должны иметь возможность лучше питаться, постоянно использовать свежие овощи и фрукты, так как витамины повышают устойчивость организма к любым заболеваниям.

В заключение, хотелось бы сказать, что здоровье человека на 50 % зависит от образа жизни, на 20% от наследственности и окружающей среды и только на 10% от состояния системы здравоохранения.

Ведущий. Мы в основном говорили о загрязнении атмосферы, совсем немного коснулись загрязнения водных бассейнов. Но город порождает еще огромное количество твердых отходов, которые формируют культурный слой. Кто может выступить  по этому вопросу?

Химик-эколог. В настоящее время эти отходы стали опасными, так как содержат токсичные вещества, которые трудно разлагаются микроорганизмами. Приведу несколько цифр. В США количество бытового мусора особенно велико — около 700 кг на каждого жителя в год, в экологически более благополучной стране — Швеции это количество почти в три раза меньше. Горожанин нашей страны производит примерно 300 кг бытового мусора. В итоге наши города обрастают свалками, территории которых быстро расширяются. Из свалок во время дождей вымываются очень опасные для здоровья человека вещества. Большие площади занимают полигоны, где хранятся промышленные отходы очистных сооружений, насыщенные вредными веществами (тяжелые металлы, диоксиды и т.д.). Проблема промышленных свалок специальная и технологическая, ее решают и внедрением малоотходных технологий, и за счет того, что отходы одного предприятия становятся сырьем для другого, и путем усовершенствования мест захоронений.

Барри Коммонер в одном из своих "законов" говорит, что все надо куда-то девать. Девать надо в экологически безопасные места. Давайте обсудим возможность сокращения количества бытового мусора. И пусть сидящие в зале выступят в роли экспертов. Итак, что можно предложить для того, чтобы объем твердых бытовых отходов на городских свалках не рос так стремительно, как это происходит сейчас?

Ведущий. Надо построить мусороперерабатывающие предприятия.

Химик-эколог. Это полумера, так как мусороперерабатывающие (сжигающие) предприятия загрязняют атмосферу, хотя верно, количество золы по сравнению с массой перерабатываемого мусора в 10 раз меньше.

Следует фракционировать мусор — в отдельные контейнеры складывать бумагу, стекло, пластики, органические отходы, металл. Тогда утилизировать мусор будет проще — переплавлять стекло, перерабатывать органику, например, в корм для рыб.

Шведы выпивают огромное количество напитков из алюминиевых банок, но из 10 банок 8 поступают на переплавку. Пластики, которые трудно разлагаются микроорганизмами, в США используют повторно для производства строительных материалов. Так же используют и бумажную тару из-под молока и соков, которая имеет полиэтиленовый слой.

Можно изменить химический состав пластиков, которые используются для изготовления тары, введением в полимерные молекулы групп атомов, благодаря которым облегчается их разрушение микроорганизмами или под воздействием света.

Надо меньше использовать одноразовых упаковок и больше — многоразовых. Молоко экологически правильнее разливать в стеклянные бутылки, которые совершают десятки оборотов от покупателей до молочного завода, а не в пакеты, которые попадают на свалки. Сейчас на свалки попадает много полиэтиленовых бутылок от напитков. Эта упаковка удобна тем, что мало весит, но она экологически ущербна. Хорошо бы отечественные прохладительные напитки разливать в стеклянные бутылки.

В Японии созданы домашние печи для сжигания мусора при высокой температуре. Хозяин складывает мусор в такую печь, которая автоматически включается ночью, когда электричество дешевле. К утру вместо объемистого пакета остается горстка пепла. Пепел используют как строительный материал для отсыпки новых участков вдоль побережья островов. Или закапывают в почву на глубину 1 м, тогда корни культурных растений уже не достигают этого слоя.

 Социальный эколог. Если обобщить сказанное, можно выделить два основных направления борьбы с бытовым мусором: уменьшить его количество и экологически правильно перерабатывать. В Москве, к примеру, разработаны высокотемпературные технологии сжигания мусора в специальных ваннах, заполненных расплавленным металлом. При этом происходит наиболее полный распад органических веществ, и атмосфера загрязняется в несколько раз меньше, чем при работе обычного мусороперерабаты- вающего завода. Сгорает все, включая и диоксиды, которые особенно опасны для здоровья населения. И конечно, нужна общая экологическая культура городского населения, особенно если ведется фракционированный сбор отходов. В контейнеры следует класть только то, для чего они предназначены. У нас пытались собирать пищевые отходы, но это получалось, как многие помнят, плохо. Необходимо экологическое образование населения, повышение чувства ответственности каждого за состояние окружающей среды.

Ведущий. Благодарю. У нас не выступил еще один эксперт — ботаник. Пожалуйста, коллега.

Ботаник. Конечно, думать, что растения — панацея от экологических бед городской среды, наивно, но, как сказал один эколог, "природа протягивает свои спасительные руки в каменные мешки городов".

Очень важно, чтобы растений в городе было много и росли те из них, которые могут наиболее эффективно улучшать городскую среду. Надо сажать растения везде, где они могут расти. Хороши для города деревья, которые имеют быстрый рост и широкую крону, устойчивы к загрязнению. Особенно перспективен в этом отношении тополь. Конечно, много хлопот доставляет "тополиный снег", но сегодня есть способы различения мужских и женских особей (тополь, как вы знаете, — двудомное растение), и можно высаживать только мужские экземпляры. И ни в коем случае нельзя увлекаться стрижкой деревьев. Чем дерево выше, чем шире его крона, тем лучше.

Сегодня архитекторы часто используют так называемый саван- ноидный тип насаждений — когда в парках растут ровными рядами удаленные друг от друга подстриженные деревья. А парки должны быть непроходимыми чащами, разделенными дорожками и игровыми площадками. Тогда человек получит больше кислорода и отдохнет в условиях более благоприятного микроклимата.

Вопрос из зала. Вы говорили о лесопарках, садах, скверах, газонах. Но в городе есть виды растений, которые появились благодаря человеку и сами себя расселяют и воспроизводят. Они полезны или вредны?

Ботаник. Вы говорите о рудеральных растениях, их называют спутниками человека. Действительно, в городе много таких растений, они заселяют любой клочок земли, внедряются в травостои газонов, так как растения газонов без полива — очень слабые конкуренты. Конечно, некоторые руде- ральные растения могут принести вред человеку, например амброзия, пыльца которой вызывает поллиноз, но большинство таких растений — полезнейшие спутники человека, "легкая кавалерия природы", "ремонтная бригада", которая активно покрывает зеленым ковром места, нарушенные человеком. Они выделяют кислород в атмосферу, поглощают из нее загрязнения. Одуванчик, к примеру,- рекордсмен по накоплению свинца, который попадает в городскую среду при использовании в автомобилях этилированного бензина. Если скашивать одуванчик и вывозить его биомассу для захоронения в овраги близ города, то почва будет очищаться от этого ядовитого металла.

Вопрос из зала. Так, значит, сжигать траву с газонов нельзя?

Ботаник. Нельзя. Нельзя также жечь листву, опавшую с деревьев в городе. И скармливать траву с газонов животным не следует. Растения здесь накапливают ядовитые вещества, вот почему скошенную в городе траву надо захоранивать в специальных местах.

Вопрос из зала. Среди них много лекарственных трав: лопух, пустырник, полынь обыкновенная, подорожник, мать-и-мачеха. Можно ли их использовать?

Ботаник. Можно, если место, где собирают растения, удалено от источников загрязнения, например от дорог, на несколько сотен метров. Но промышленные предприятия загрязняют территорию в радиусе от 5 до 25 км, поэтому надо быть осторожными при использовании растений и из более удаленных местообитаний. Однако растения поглощают разные вещества избирательно, и специальный анализ покажет, можно использовать в лечении растения или нет. А лучше, конечно, заготавливать травы в экологически чистых условиях.

Вопрос из зала. Насколько опасна продукция садов, расположенных вблизи заводов?

Ботаник. Очень опасна. Вокруг заводов должны быть только леса санитарного назначения. Как временную меру можно рекомендовать садоводам проводить "купание" растений — их обильный полив из шланга с рассеивателем. Вода смывает вредные вещества в почву, это менее опасно, так как большинство загрязнителей поступает в овощи и фрукты из атмосферы через листья.

Ведущий. Спасибо. Я думаю, что мы достаточно полно обсудили проблему экологии городов. Мы узнали мнения архитектора, врача, химика, социолога, ботаника. Эксперты-добровольцы активно помогали выяснению картины экологии города настоящего и будущего. Подведем итог дискуссии.

Выступление из зала. Можно, я попробую это сделать?

Города будущего должны быть зелеными, с бесшумным, экологически чистым транспортом, с экологически чистыми предприятиями, с чистой водой и атмосферой. Сегодняшние города больны, их экологические болезни лечить трудно, для этого необходимы большие средства. Но уже и сегодня можно кое-что предпринять: установить контроль за загрязнениями, принимать меры для их уменьшения, следить за здоровьем горожан, своевременно лечить их, проводить профилактику заболеваний... Все это поможет улучшить экологическую обстановку в городах и оздоровит население страны.

Ведущий. Спасибо. Ток-шоу завершено.