КРУГОВОРОТЫ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ

Круговорот веществ в природе – это повторяющиеся процессы перемещения и превращения веществ в природе, имеющие выраженный циклический характер. Существует три вида круговоротов веществ: большой (геологический), малый (биогеохимический) и техногенный (антропогенный или социальный).

Большой (геологический) круговорот происходит под влиянием внутренней энергии Земли. Это энергия радиоактивного распада изотопов химических элементов, образование минералов и горных пород, тектоническое движение земных плат, землетрясения, извержение вулканов, метаморфизм.

Малый биогеохимический круговоротосуществляется с участием живых организмов (растений, животных и микроорганизмов). Он осуществляется в пределах биосферы. Движущей силой этого вида круговорота - солнечная энергия, которая порождает фотосинтез. В его основе лежат также процессы дыхания, питания, метаболизма, размножения, смерти и разложения мертвой (дентритной) биомассы.

Любыеэлементы или их соединения, необходимые для жизнедеятельности организмов, их роста и размножения, называются питательными веществами. Они включают как органические вещества,(жиры белки, углеводы) , так и неорганические (углекислый газ, кислород, ионы нитратов, фосфатов, железа, меди и других микроэлементов). Около 40 элементов и их соединений являются наиболее важны­ми для живых организмов. Эти элементы, необходимые в больших количествах, называются питательными макроэлементами. К ним относятся углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий. Они составляют 97% массы человеческого тела и более 95% массы всех живых организмов. Около 30 других элементов, необходимых дляжизни в небольших или незначительных количествах, называют микроэлементами.Это железо, медь, цинк, йод и прочие

Большинство элементов на Земле находится в состоянии, не пригодном для прямого использования живыми организмами. К счастью, элементы и их соединения. Большинство элементов на Земле находится в состоянии, не пригодном для прямого использования живыми организмами. К счастью, элементы и их соединения, необходимые в качестве пита­тельных веществ для поддержания жизни, пребывают в постоянном круговороте в биосфере и способны преобразовываться в необходимые для поглощения формы в результате целого комплекса биологических, геологических и химических процессов. Такой переход питательных элементов от неживой природы (из запасов атмосферы, гидросферы и земной коры) к живым организмам и обратно в неживую среду происходит в биогеохимических круговоротах (био означает "жизнь", гео - "земля", а слово химический подразумевает переход материи из одной формы в другую).

Биогеохимический круговорот можно представить в виде блочной модели:

Три активных блока составляют обменный фонд элементов. Два добавочных блока составляют резервный фонд элементов. Между активными блоками обмен происходит с высокой скоростью. Обмен между добавочными блоками и остальной частью биосферы замедлен. По В.И.Вернадскому биогенные элементы в биосфере совершают биогеохимические циклы, взаимосвязанные между собой и формирующие в совокупности устойчивую структуру биосферы.

Существуют два основных типа биогеохимических круговоротов: круговороты газообразных веществ и осадочные циклы. Круговороты газообразных веществ - это перемещение питательных элементов от атмосферы и гидросферы к живым организмам и обратно. Как правило, циклы этих круговоротов быстротечны и длятся всего несколько дней. Основными газообразными циклами являются круговороты углерода, кислорода, водорода и азота.

Осадочные циклы включают движение питательных элементов между земной корой (почвами и горными породами), гидросферой и живыми организмами. Скорость перемещения элементов в этих циклах намного медленнее, чем в газообразных круговоротах, сос­тавляющие элементы горных пород могут находиться в них в течение тысяч и миллионов лет. Существует более 36 питательных элементов, участвующих в осадочных циклах. Главными их них являются круговороты фосфора и серы.

Вмешательство человека в эти круговороты непрерывно возрастает в результате промышленной деятельности - наиболее важного элемента экономического развития. Систематизирующим стержнем всей промышленности является химическая и сопряженные с ней отрасли (черная и цветная металлургия, алюминиевая, нефтехимическая промышленность и т.д.), связанные с использованием химических процессов. К сожалению, промышленность вносит и основной вклад в истощение природных ресурсов, загрязнение и накопление вредных отходов и т.д. Например, в химической промышленности России еже­годно образуется около 20 млн. т твердых отходов, из которых утилизируется менее одной трети. Особо опасные хлорорганические отходы составляют более 80 тыс. т в год. В 1991 г. химическими предприятиями России выброшено в атмосферу 530 тыс. т вредных ве­ществ и сброшено в открытые водоемы 1,4 млрд. м³ загрязненных сточных вод. Это ведет к деградации окружающей среды, заключаю­щейся в превышении способности природы к растворению и разложе­нию загрязнений и ведет, согласно первому закону экологии к

непредсказуемым последствиям. Примером могут служить наводнения в Западной Европе вследствие изменения климатических усло­вий, появление озоновых дыр, мутантов, сокращение средней про­должительности жизни и т.д.

Человечество осознало необходимость перехода к новой модели развития - модели устойчивого развития, которая бы должным обра­зом учитывала баланс экономических и экологических интересов и была основана, в частности, на основополагающем законе экологии: любое производимое нами вещество не должно нарушать ни один природный биогеохимический цикл.

Техногенный (антропогенный или социальный) круговорот обусловлен хозяйственной деятельностью человека. В нем можно выделить две составляющие:

- биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма;

- техногенную, связанную с хозяйственной деятельностью человека.

Антропогенный характер присущ миграционным циклам металлов.

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА

Углерод является основным "строительным материалом" молекул углеводов, жиров, белков, нуклеиновых белков и других важных для жизни органических соединений. Большинство наземных растений по­лучают необходимый им углерод, поглощая через поры в своих листьях углекислый газ из атмосферы, концентрация которого там составляет 0,04%. Фитопланктон получает углерод из атмосферного углекислого газа, растворенного в воде. Зеленая масса планеты за год использует для фотосинтеза 69 млрд. т углерода их углекислого газа. В океане находится в растворенном виде 24 млрд. т углерода. За 350-400 лет весь углерод атмосферы и гидросферы совершает полный оборот.

Антропогенное вмешательство значительно не повышает содержания СО₂ в атмосфере из-за его высокой растворимости в водах Мирового океана и последующего образования нерастворимых карбонатов:

СО₂+ Н₂О = Н₂СО₃ и Са²⁺ + СОз^2- = СаСОз.

Особенно опасным для климата Земли является оксид углерода СО₂, который выделяют природные источники (вулканы, лесные пожары и т.д.), транспортные средства, топливно-энергетический комплекс и промышленность. Из 102 млн. т СО₂, ежегодно выбрасываемого в атмосферу, 62,7% составляют выхлопы автомобилей, 2,5% авиации и 11,9% - промышленности. В результате концентрация СО за последние 100 лет увеличилась в 1,2 ра­за, что привело к повышению средней температуры планеты за счет увеличения "парникового эффекта^».

Атмосфера в течение длительного времени способна компенсировать увеличение концентрации газов, влияющих на парниковый эффект, путем внутренних взаимодействий. Однако, если эта концентрация превышает некоторое пороговое значение,то такая компенсация становится невозможной и система выходит из состояния экологического равновесия. В результате наблюдаются быстрые колебания холодных и теплых годов. По имеющимся данным, за счет парниковых газов среднегодовая температура воздуха на Земле за последнее столетие повысилась на 0,3- 0,6 ⁰С. В настоящее время увеличение концентрации СО₂ идет со скоростью примерно 0,3 – 0,5% в год. Сходными темпами увеличивается и содержание других парниковых газов ( метана – на 1%, оксидов азота на 0,2% в год). Удвоение содержания парниковых газов может произойти во второй половине ХХI столетия, это обусловит повышение среднегодовой температуры нашей планеты на 1 – 3,5 ⁰С

В соответствии с распоряжением Правительства Росийской Фе­дерации от 12 июня 2003 г. № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления» (с изменениями от 1 июля 2005 г.)установлены нормативы платежей за выбросы (сбросы, размещение) загрязняющих веществ, порядок их применения и установлена для всех природопользователей плата за загрязнение окружающей среды. Плата рассчитывается по установленным нормативам платежей с учетом соответствующего коэффициента экологической ситуации (или экологической значимости состояния окружающей среды)..

Таблица 2.1 Коэффициенты экологической ситуации (экологической значимости состояния окружающей среды) на территории Краснодарского края

Расчет ущерба, нанесенного окружающей среде от выбросов загрязняющих веществ, производится по формуле:

У = к • m • С,

где У - величина платежей за нанесенный ущерб окружающей среде, р.;

к - коэффициент, учитывающий аварийные и залповые выбросы по вине природопользователей; устанавливается десятикратный тариф к нормативным платежам за допустимые загрязнения; при использовании для обезвреживания отработавших газов двигателя передвижных источников нейтрализаторов к нор­мативам платежей применяется коэффициент 0,75;

m - масса сгоревшего топлива, т;

С - платежи за выброс, образующийся при сжигании 1т топлива.

Штраф предприятия равен экологическому ущербу, умноженному на коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния окружающей среды (табл. 2.1).

В связи с изменением уровня цен на природоохранное строительство и по другим направлениям природоохранной деятельности к нормативам платы за загрязнение окружающей среды применяются коэффициенты индексации платы.