Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Московский Государственный Технологический Университет “СТАНКИН”
Кафедра:
“Инженерной Экологии”
Реферат по теме
“Современная экология и ее проблемы”
Выполнила: студентка группы М-2-13
Кателкина А.Е.
Проверила: Худощина М.Ю
Москва.1999 год.
Вступление
Одной из примет нашего времени становится осознание необходимости перемен в сложившихся стереотипах отношений человека и природы. Главная идея этих отношений проста: не ждать милостей от природы, а подчинять ее интересам развития общества. Но оказалось, что природа не обречена навеки быть источником неисчерпаемых запасов сырьевых ресурсов и полезных ископаемых. Более того, она не мастерская и даже не лаборатория, где допустимы любые эксперименты. Вообще природа существует не для человека и он, человек, по отношению к ней никогда не станет властелином. Представление о власти человека над природой оказалось всего лишь очередным мифом, который уходит вместе с уходящим веком расточительства.
Устранение устаревшей идеологии нашего отношения к природе предполагает большую работу по перестройке сознания людей, по его экологизации. Рассмотрение истории развития экологии позволяет отметить, что как бы широко ни трактовался предмет исследования данной науки, она никогда не претендовала на то, чтобы включить и него проблемы, касающиеся отношений человека и человеческого общества с окружающей природной средой. Экологические проблемы человечества образовали самостоятельную сферу экологического познания —глобальную экологию. Уже в 70-е годы сложилась практика определять комплекс глобальных проблем человека и природы как глобальную экологическую проблему, а комплекс наук, исследующих эту проблему, — как глобальную экологию или экологию человека.
Становлению глобальной экологии предшествовало стремительно развернувшееся в течение двух лет (с 1968 по 1970 гг.) движение, которое, по словам известного эколога Ю.Одума, проявилось как “всеобщая озабоченность проблемами окружающей среды”. Рост общественного интереса к проблемам загрязнения природной среды, дефицита пищи и энергии, народонаселения был не случаен. Он явился естественной реакцией людей на обострение взаимоотношений общества с природной средой.
Первой страной, ощутившей отрицательное влияние химического загрязнения природной среды, стала Япония. В этой стране свыше 80 % территории испытывает на себе непосредственное влияние промышленного производства. Японцы первыми заговорили о проблеме “когай”, означающей опасность вреда от загрязнений окружающей среды. Вскоре с этой проблемой столкнулись и в других странах.
Стратегия природопользования, опиравшаяся на идею могущества человека и его растущей власти над природой в эпоху НТР, долгое время казавшаяся незыблемой, на поверку оказалась всего лишь стратегией “яблоневой плодожорки”, пожирающей среду своего обитания. Осознание данной ситуации способствовало постановке серьезнейших задач как в практической области, так и в сфере фундаментальных научных исследований. Экологическими проблемами стали заниматься представители самых разных наук, причем не только естественных, но и гуманитарных. Обусловлено это тем, что наряду с необходимостью разработки новой стратегии природопользования и создания принципиально новых промышленных технологий встала задача экологической перестройки сознания людей, широкой пропаганды экологических знаний.
Современная “большая”экология развивается в трех основных направлениях, акцентирующих внимание, во-первых, на проблемах выживания человечества в условиях обостряющихся противоречий его с окружающей средой, во-вторых, на необходимости сохранения устойчивости биосферы Земли, испытывающей на себе антропогенное давление и, наконец, в-третьих, на проблемах сохранения здоровья человека, оказавшегося в условиях стремительно изменяющейся среды его обитания. Каковы эти проблемы при более детальном рассмотрении?
Нормальное развитие человеческого общества возможно лишь в условиях удовлетворения его непрерывно растущих потребностей в продовольствии, полезных ископаемых, энергии и др. Достигается это за счет ресурсов, извлекаемых из окружающей природной среды. Однако возможности природы в этом отношении не беспредельны и человечество в конце XX в. оказалось перед лицом грядущего дефицита: продовольственного, сырьевого, энергетического и т.п. Перспектива тотального дефицита создаст реальную угрозу выживанию человечества.
Сельскохозяйственная проблема
Известно, что с 1650 г. население нашей планеты увеличивается в соответствии с экспоненциальным законом, то есть удваивается через определенные промежутки времени. В XX веке оно растет со скоростью 2,1% в год и удваивается через каждые 33 года. Не менее стремительны и темпы роста числа недоедающих, голодающих и умирающих от голода людей. Их количество уже приближается к половине миллиарда.
По мнению ученых, в течение обозримого будущего основным источником пищевого и кормового белка будет оставаться сельское хозяйство. Это означает, что для решения белковой проблемы необходимо повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Наибольший эффект здесь достигается за счет всемерного расширения средств химизации сельского хозяйства. Так, в настоящее время около трети населения планеты питается за счет урожая, выращенного с использованием химических удобрений. Почти 80—% всех минеральных удобрений потребляется в Европе, Японии и Северной Америке. На остальные 2/3 человечества приходится только 10—% их мирового производства.
Однако роль химизации сельского хозяйства не сводится только к использованию удобрений. Огромные средства могут оказаться затраченными впустую, если не защитить урожай от возбудителей болезней, насекомых и сорняков. Еще до сбора урожая сорняки, болезни и вредители наносят сельскому хозяйству ущерб, достигающий 30—%. Если бы удалось избавиться от половины этих потерь, то человечество стало бы получать дополнительно такое количество зерновых, которого хватило бы для решения продовольственной проблемы. Стремление к использованию столь мощного резерва обусловило широкое применение пестицидов. Объем использования синтетических пестицидов в мире достиг 5 млн. тонн в год, т.е. в среднем почти по 1 кг на каждого человека Земли. В бывшем СССР и США эта цифра в два раза больше. Но, по подсчетам специалистов, требуется пестицидов в пять раз больше, чем их используется, т.е. 20—млн. т. Однако такие масштабы их использования породили бы столь же масштабную проблему химического загрязнения природной среды. Чтобы избежать этого, ученые-химики уделяют много внимания разработке таких пестицидов, которые бы быстро разрушались и не образовывали опасных для человека и животных веществ. В сельском хозяйстве уже наметился переход от очень опасных и устойчивых препаратов типа ДДТ к быстроразлагающимся фосфорорганическим карбаматам и пиретроидам.
В решении продовольственной проблемы химическая наука предлагает и совершенно новые подходы, связанные с получением белков, жиров, углеводов и витаминов из несъедобных растений, одноклеточных организмов и бактерий или прямо из молекул. Однако на пути их широкого использования зачастую встают трудности как экономического, так и экологического характера.
Сырьевая проблема
Человеческое общество по мере своего развития все более стремительно наращивает темпы потребления сырьевых ресурсов, ставя свое существование тем самым во все большую зависимость от окружающей среды. Если до начала XX в. человечеством было извлечено из земных недр 10% угля, 13% железной руды, 15% меди, 30% золота, то 90%, 87% и 70% соответственно приходится на наше столетие. Что касается железа и меди, то за двадцатилетний период с 1960 по 1980 гг. добыча этих металлов превысила их количество, добытое за всю предыдущую историю человечества.
Столь ошеломляющий рост потребления сырьевых ресурсов вызывает серьезную обеспокоенность ученых. Прогноз свидетельствует о том, что если темпы роста добычи сырья на душу населения в мире достигнут уровня США, то мировых запасов железных руд останется на 50 лет, бокситов —на 15, медных руд —на 6 лет, молибденовых —на 1 год. Эти цифры, несмотря на их условность, достаточно убедительно характеризуют сырьевой дефицит как один из серьезных факторов угрозы нормальному развитию человечества. Для преодоления минерально-сырьевого дефицита учеными предложен ряд решений, предусматривающих как более полноценную переработку добываемых из недр Земли руд, так и более эффективное использование извлекаемых из них металлов. Кроме того, все более широкое распространение получают новые конструкционные материалы: сплавы, полимерные материалы, керамика.
Так, использование керамических материалов может получить широкое распространение в производстве двигателей внутреннего сгорания. Благодаря высокой жаропрочности керамики рабочая температура в них может быть увеличена до 1200—°С. В результате окажется возможным достижение к.п.д., равного 45%. Важными достоинствами керамических двигателей станет их “всеядность”по отношению к составу топлива, отсутствие необходимости создания системы охлаждения, меньшая инерционность и лучшие экологические параметры. Однако в настоящее время на пути повсеместной замены традиционных материалов керамическими стоит проблема устранения их хрупкости. По мере усугубления сырьевого дефицита задача преодоления этого недостатка керамик становится все более актуальной и в будущем, несомненно, будет решена.
Транспортная проблема
Транспорт —важное условие функционирования общественного производства и жизни людей. Пассажиропотоки в городах растут быстрее, чем население городов. Большую долю всего объема транспортных перевозок выполняет промышленный транспорт, в составе которого 30 —% перевозок совершают железные дороги, около 60% автомобили, а остающиеся 5 —% —трубопроводы, транспортеры, речной и морской флот.
Транспортная сеть на Земле развита очень широко: протяженность автодорог с твердым покрытием около 12 млн.км, железных дорог —,3 млн.км, воздушных линий —,3 млн.км, трубопроводов —МЛН.KM.
Влияние транспорта на литосферу. Транспорт существенно уменьшает общую площадь используемой земли, в том числе и общую площадь плодородной земли. Эрозия почвы происходит довольно быстро, а для воссоздания плодородного слоя глубиной 1 см необходимо около 100 лет. Крупный аэропорт требует для организации всех служб площадь, равную 25 —км. Еще большая площадь вокруг аэропорта становится непригодной для проживания людей из-за высокого уровня шума и условий безопасности полетов.
Сохранению почв служат такие главные направления в развитии транспорта, как выделение под транспортные сооружения менее ценных в сельскохозяйственном отношении земель; сохранение традиционных гидрологических режимов в районе транспортных сооружений; сокращение (лучше прекращение) загрязнения почв вредными компонентами работы транспортных средств.
За рубежом и в нашей стране накапливается опыт экономного использования земли с развитием транспорта. Так, в Москве построены два гаража: один большой многоярусный подземный на 1840 машин, другой —подземный гараж на улице Неждановой в самом центре Москвы. Планируется создание многих новых подземных сооружений. Имеются уже их проекты, но пока останавливает одна трудность —высокая стоимость их строительства.
Однако экономия на транспорте —вещь весьма разорительная;
в будущем она обернется значительно большими расходами, если ее осуществлять непродуманно. Так, 1 км хорошей дороги с твердым покрытием стоил в 1990 г. от 1 до 1,5 млн. р. Однако отсутствие такого покрытия (например, в сельской местности) приводит к прямому разрушению и эрозии почвы. Передвижение транспорта по бездорожью выводит из использования большие площади земли. Часто в весенние и осенние распутицы старые, разбитые дороги забрасываются, а движение осуществляется по новым участкам земли, вплоть до засеянных пашен. Важно и то, что пыль, поднимающаяся с непокрытых дорог, попадает на придорожные растения и существенно снижает урожайность. К сожалению, неухоженные дороги в нашей стране являются отличительной чертой, которая связана и с развитием автомобильного транспорта. На сегодняшний день важно решить проблему: как использовать неудобные земли и осушенные морские территории для нужд транспорта. В США в Чикаго на берегу озера Мичиган на осушенной территории создан аэродром. Здесь был использован метод осушения территории с помощью дамб, который много веков с успехом используется в Голландии. Существует (в основном за рубежом) опыт создания плавучих топливных хранилищ и емкостей на морском дне. Конечно, одно из основных требований к этим хранилищам —надежно обеспеченная герметичность. Здесь следует отметить, что осушение территорий и создание подводных (или надводных) хранилищ топлива —во многом спорное (особенно в отношении хранилищ) направление освоения земной поверхности. Дело в том, что осушение прибрежных зон (литорали) может привести к серьезным нарушениям сложившихся экологических систем и связей водных обитателей. Кроме того, даже при сверхнадежной работе проектировщиков и строителей невозможно гарантировать полную безаварийность. После этого ясно, что спешки в освоении неудобий в нашей стране нельзя допускать. Эффективное освоение этих земель требует создания условий для обеспечения высокой экологичности проектов и наличия высокоразвитой и современной строительной индустрии.
Утилизация твердых транспортных отходов. Многие транспортные предприятия оставляют отходы (шлаки, мусор, отходы металлов, резин, пластмасс). Мусор рассеивается на довольно больших площадях вдоль железных и автомобильных дорог. Самый эффективный способ утилизации —переработка транспортного мусора (как и всякого другого) на специальных заводах, где производится сортировка этого мусора. В процессе сортировки магнитные сепараторы отделяют магнитные материалы от немагнитных. Из последних выделяются тяжелые компоненты —цветные металлы и стекло. Оставшийся мусор используется как топливо для производства электроэнергии. Существуют проекты и уже действующие установки по переработке органического мусора в синтетическое топливо.
Транспорт и гидросфера. Для технических целей транспорт (в первую очередь автомобильный и железнодорожный) расходует очень большие количества пресной воды. На загрязнение воды существенно влияют морские и речные суда. Нефть и нефтепродукты —это наиболее распространенные загрязнители воды. Нефтяная пленка, образующаяся на ее поверхности, снижает интенсивность фотосинтеза и образования биомассы в океане, так как задерживает до 40% ультрафиолетового излучения. Подсчет показывает, что 1 т нефти поглощает весь кислород, растворенный в 400 тыс. т воды. Из-за этого человечество сейчас недополучает от 5 до 20% морепродуктов (по разным оценкам).
Существенно и другое: нефтяная пленка на поверхности воды серьезно снижает испарение, уменьшает количество водяных паров в атмосфере. Это влияет на климат, в частности, может повысить вероятность засухи.
Основная задача конца XX в. в области влияния транспорта на гидросферу —прекращение (или существенное сокращение) сбросов загрязнителей (в первую очередь нефти и нефтепродуктов), использование оборотных систем водоснабжения. Так, Волжское пароходство 36% своих потребностей обеспечивает оборотным водоснабжением. Этот, казалось бы, не очень хороший показатель, к сожалению, является одним из лучших в нашей стране.
Транспорт и атмосфера. Автомобильный транспорт —основной источник загрязнения атмосферы среди других транспортных средств. Наиболее велик вклад транспорта в загрязнение атмосферы окисью углерода, поэтому создание экологически чистых передвижных средств —очень важная проблема.
Нормы токсичности веществ в отработанных газах в нашей стране и за рубежом различны, у нас они даже несколько выше. Государственным стандартом определены среднесуточные предельно допустимые концентрации СО (1 мг/м), N0x(0,085 мг/м), СН (0,035 мг/м). Содержание серы и свинца ограничено стандартами на топливо. Общемировая тенденция заключается в снижении этих норм, что сдерживается экономическими и техническими причинами. В сравнении с автомобильным, другие виды транспорта существенно меньше загрязняют атмосферу. Например, движение на крупных железнодорожных станциях в нашей стране переведено на электротягу.
Автомобильный транспорт загрязняет атмосферу отработанными газами, картерными и углеводородами. Происходит испарение топлива из бака, карбюратора и трубопровода. В отработанных газах в процентах к объему содержатся: окись углерода (0,5-10%), окислы азота (до 0,8%), углеводороды (до 3%), альдегиды (до 0,2%), сажа.
Количество загрязняющих веществ пропорционально расходу топлива, поэтому более экологичны двигатели, расходующие меньше топлива. Сокращение расхода топлива можно добиться уменьшением массы автомобиля. Легко рассчитать, что расход топлива автомобилем прямо пропорционален его массе. Особенно сильно масса влияет на расход топлива при разгоне и торможении. На многих моделях автомобилей сталь и чугун заменяют легкими сплавами, композитами и пластмассами. Даже блоки цилиндров делают сейчас из легких сплавов. Другой резерв экономии топлива —более полный учет аэродинамического сопротивления автомобиля. Наиболее существенная экономия топлива может быть получена для большегрузных автомобилей и автопоездов. Другая проблема (не только экономическая, но и сугубо экологическая) —сокращение холостого пробега. Автомобиль, “возящий воздух”, не только зря “сжигает деньги”, но и отравляет атмосферу.
В повышении экологичности автотранспорта важно следить за его техническим состоянием. Одна неработающая свеча карбюраторного двигателя повышает расход топлива на 15 —%, неисправность одной форсунки дизельного двигателя увеличивает расход топлива еще больше —до 28%. Плохо отрегулированный карбюратор ведет к росту образования окиси углерода до 15%.
Значительная перспектива в повышении экологичности двигателей внутреннего сгорания связана с поиском принципиально новых технических решений. Эти усовершенствования и поиски идут по целому ряду направлений. На них следует остановиться особо.
Изменения в системе зажигания должны значительно повысить экологичность автомобильного транспорта. Одна из основных причин загрязнения воздуха автомобильными двигателями —несовершенство системы зажигания. Разрабатываются новые принципы и схемы зажигания:
—бесконтактное электронное зажигание (оно ставится на многих двигателях, в том числе и советских) обеспечивает стабильность работы при более интенсивном разряде на свечах;
—форкамерное (или факельное) зажигание позволяет уменьшить выброс в атмосферу всех токсичных компонентов, экономит до 10% топлива. Работа форкамерного зажигания основана на том, что в малой форкамере обычной электрической искрой поджигается богатая бензиновая смесь. Факел, образующийся при возгорании, зажигает остальную, более бедную часть смеси. Сгорание топлива улучшается при таком зажигании.
Улучшение систем подачи топлива осуществляется следующими путями:
—изменением клапанного механизма для лучшего распыления и перемешивания смеси при ее поступлении в цилиндры;
—установкой двух карбюраторов (вместо одного) на двигателе. Один карбюратор обеспечивает работу двигателя на обедненной смеси в холостом режиме, другой работает при возрастании мощности на рабочих режимах. Существуют модели карбюраторов, совмещающие в едином блоке устройства, обеспечивающие оба режима работы;
—заменой карбюратора системой форсунок, осуществляющей впрыскивание топлива во впускной трубопровод или в цилиндры. Такая система позволяет достаточно равномерно распределить топливо внутри цилиндра, так как идет хорошее перемешивание топлива с воздухом.
Сложность внедрения этих систем состоит в том, что они могут быть установлены только на вновь выпускаемых автомобилях.
Усовершенствование ими старых двигателей практически нереально.
Нейтрализация выхлопных газов заключается в установке небольших приборов, обеспечивающих дожигание и разложение продуктов неполного сгорания (нейтрализаторов) на выхлопную трубу. Такие нейтрализаторы, как правило, обеспечивают разложение окислов азота NOx на составные элементы —азот и кислород. Существуют два основных вида нейтрализаторов —термические и каталитические.
Термические нейтрализаторы осуществляют пламенное дожигание окиси углерода СО, превращая ее в двуокись углерода СО, а также тех альдегидов и углеводородов, которые не сгорели в цилиндре. Это сгорание происходит при температурах 500 —°С.
Каталитические нейтрализаторы дожигают СО, альдегиды, углеводороды, а также N0 Выполняются они по двухкамерной схеме с дополнительной подачей воздуха. Лучший, но очень дорогой катализатор —платина. Окись алюминия используется в нейтрализаторах, производимых в нашей стране. Эти нейтрализаторы ставятся на карбюраторные и дизельные двигатели. На схеме 1 показана схема каталитического нейтрализатора.
Схема 1
c2
c2
c2
ce ,
cd