ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

ЭТАПЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА - это комплексное исследование состояния экосистем и техносистем, анализ проблем и проектирование изменений.

Экологическая экспертиза состоит из трех этапов: исследовательского, аналитического и проектного.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЭТАП включает в себя постановку проблемы, составление методики экспертизы и проведение наблюдений и измерений в экосистемах. Постановка проблемы -это определение цели экспертизы. Целями экспертизы могут быть, во- первых, определение причин изменений в экосистемах, во-вторых, исследование реального состояния экосистем и в- третьих, исследование последствий изменений экосистем, вызванных колебаниями абиотических, биотических и антропогенных факторов.

Ситуация 1. Летом 1992 года листья деревьев, в основном лип, расположенных на центральных улицах города Елгавы покрылись блестящей липкой слизью.

Постановка проблемы: необходимо установить причины образования слизи на листьях деревьев для организации защитных мероприятий.

Ситуация 2. Длительное время считалось, что Слокский целлюлозно- бумажный комбинат является крупным источником загрязнения реки Лиелупе и Рижского залива. В 1991 году комбинат остановили на несколько дней.

Постановка проблемы: необходимо исследовать состояние воды в реке Лиелупе в период остановки комбината для составления заключения об источниках загрязнений.

Ситуация 3. В 1987 году в окрестностях Даугавпилса было начато строительство гидроэлектростанции на реке Даугава. Однако возникли опасения, что строительство плотины на реке приведет к тяжелым нарушениям в экосистеме.

Постановка проблемы: Необходимо сделать анализ возможных изменений в экосистеме в результате строительства плотины на Даугаве для составления заключения об экологической безопасности проекта.

Методика экспертизы - это план деятельности для изучения основных элементов экосистемы. Методика экспертизы не должна быть излишне детальной, но она должна содержать все необходимые действия для изучения экосистемы. Основны ми пунктами методики являются:

1) составление плана экосистемы или ее участка;
2) исследование параметров абиотических факторов: воздуха, воды и почвы (следует отметить, что почва занимает промежуточное положение между абиотическими и биотическими факторами);
3) исследование параметров биотических факторов (видовой состав, состояние растений, животных, грибов);
4) исследование антропогенных воздействий на экосистему;


I. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЭТАП:

- постановка проблемы;

- составление методики экспертизы;

- проведение наблюдений и измерений.

II. АНАЛИЧЕСКИЙ ЭТАП:

- модельный анализ экосистемы;

- экспериментальные исследования.

III. ПРОЕКТНЫЙ ЭТАП:

- разработка предложений по улучшению состояния экосистемы.

5) определение периодичности наблюдений и измерений в экосистеме. После составления методики экспертизы проводятся наблюдения и измерения в экосистемах и техносистемах.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЭТАП состоит из модельного анализа экосистемы и экспериментальных исследований. На основе результатов, полученных в процессе наблюдений и измерений в экосистеме, строятся различные модели: детальный план экосистемы, описания, графики, диаграммы и уравнения изменений параметров основных факторов. После построения моделей выявляются проблемы, возникшие в экосистеме, проводится их системный и вепольный анализ. В процессе анализа проблем выдвигаются гипотезы для их реше ния. Экспериментальные исследования осуществляются для моделирования изменений отдельных элементов экосистемы (например, изменений воды в реке в зависимости от количества поступающих канализационных стоков) и для экспериментальной проверки предложенных г ипотез в процессе модельного анализа. Результаты аналитического этапа экспертизы во многом зависят от качества поставленных экспериментов.

ПРОЕКТНЫЙ ЭТАП предполагает разработку конкретных предложений по изменению возникших ситуаций в экосистемах или предупреждению возможных нежелательных изменений. Проектирование является логическим продолжением двух предыдущих этап ов экспертизы и основывается на решениях проблем, полученных в результате проведения системного и вепольного анализа и проверенных опытным путем. Таким образом, комплексность экологической экспертизы заключается в исследовании состояния и изменений в эко системах и техносистемах, анализе возникших проблем и экспериментальной проверке решений, проектировании изменений для обеспечения экологического равновесия.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЭТАП ЭКСПЕРТИЗЫ

Ситуация. В конце лета 1992 года произошла массовая гибель рыбы в реке Лиелупе на участке в районе города Елгавы. Причины трагедии не выяснены. Перед нами одна из типичных для любого региона ситуаций конца двадцатого века. Ясно, ч то причины гибели рыбы нужно искать в деятельности человека (добавим - далекой от какой-либо рациональности). Однако, не ясно, с чего и как начинать. Можно, конечно, долго и красиво рассуждать о необходимости охраны природы, о привлечении научных институ тов и лабораторий для экспертных исследований этой и других подобных ситуаций, писать гневные статьи в газеты. Но экспертизу проводить все равно придется, кроме того, это можно сделать с помощью простейшего школьного оборудования и приборов.

Исследовательский этап экспертизы начинается с постановки проблемы.

Сформулируем ее для нашей ситуации.

Проблема. Необходимо выяснить причины массовой гибели рыбы на реке Лиелупе (на участке в районе города Елгавы) для организации защитных мероприятий и предупреждения подобных катастроф в будущем.
План экосистемы участка реки Лиелупе в районе города Елгавы.

А Б В Г - канализационные и промышленные стоки
- - - - - - - - - - - границы ареала гибели рыбы
I, II, III, IV - точки изучения абиотических факторов

Следующий шаг - составление методики исследования. Первый пункт методики - это построение плана экосистемы, в которой мы будем проводить экспертизу. Для этого необходимо уточнить границы ареала исслед ований: место на реке, где начался мор рыбы, и место, выше которого по течению гибель рыбы не наблюдалась. Составляется общий план экосистемы реки, на котором указываются естественные, промышленные и сельскохозяйственные объекты, расположенные в экосисте ме и на ее границах.

После составления общего плана можно дополнительно составить описание ареала, на котором проводится экспертиза, с указанием расположенных на нем объектов.

Второй пункт методики - наблюдения и измерения параметров абиотических факторов в экосистеме и занесение результатов в таблицу. Необходимо проводить сравнительное исследование факторов в нескольких точках, часть из которых располо жена внутри экосистемы, а часть - на границе. Это позволит установить, где возникли причины гибели рыбы - внутри экосистемы или в пограничных с ней экосистемах. Для исследования выбираются факторы, отклонение параметров которых могло повлиять на жизнедея тельность рыбы - вода, воздух, почва.

При исследовании воздуха и почвы следует особое внимание обратить на показатели кислотности ( для воздуха -дождевой воды) и занести результаты измерений в соответствующие таблицы.

Третий пункт методики - наблюдения и измерения параметров биотических факторов. Биотические факторы для данной ситуации - это видовой состав и количество микроорганизмов, водорослей, червей и моллюсков в воде. Одной из причин гибе ли рыбы может быть резкое возрастание численности каких-либо организмов. Наряду с этим, необходимо провести осмотр тела погибшей рыбы для возможного обнаружения червей- паразитов. Результаты наблюдений и измерений заносятся в таблицу.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОДЫ В РЕКЕ

Дата

N точек
измерений

Температура (° C )

Кислотность (рН)

Цвет

Запах

Электро-
проводность
(микросименс)

Прозрачность (см)

1

2

3

4

Таблица

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Дата

N точек измерений

Микро
организмы в капле

Биомасса водорослей (г/мI )

Черви (количество)

Моллюски (количество)

Наличие падали

Четвертый пункт - исследование параметров антропогенных факторов: для нашей ситуации это - канализационные и промышленные стоки. Поэтому необходимо взять пробы стоков из каждого коллектора и провести измерения, аналогичные измерен иям параметров речной воды. Результаты заносятся в соответствующую таблицу.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СТОЧНЫХ ВОД

Дата

N сточного коллектора

Температура в момент взятия пробы (° C )

Кислот-
ность (рН)

Цвет

Запах

Электро-
проводность (микросименс)

Прозрачность (см)

Пятый пункт - определение периодичности наблюдений и измерений. Для повышения точности результатов наблюдений и измерений необходимо их повторить два-три раза с интервалом в несколько дней. Это позволит получить сравнительные сведения о состоянии абиотических и антропогенных факторов, необходимые для работы на аналитическом этапе экспертизы.

Подведем итоги. Мы разработали программу исследовательского этапа

экспертизы для выяснения причин гибели рыбы в реке Лиелупе. Сформулирована проблема, составлена методика исследований. Теперь можно приступать к наблюдениям и измерениям в экосистеме.

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОСИСТЕМ

Практическая работа N1. Исследование экологического состояния водоема

Проблема. Необходимо изучить экологическое состояние водоема (реки, озера, пруда, карьера с водой и др.) для разработки проектов сохранения экологического равновесия и предупреждения возможных нарушений.

Методика исследований
1. Составление подробного плана экосистемы водоема с указанием объектов, расположенных на его границах. Участок экосистемы озера.

План экосистемы озера.

2. Исследование абиотических факторов и оформление результатов в таблице.
3. Исследование биотических факторов водоема и оформление результатов в таблице.
4. Исследование биотических факторов береговой линии ( 3-7 метров от воды) и оформление результатов в таблице.
5. Исследование антропогенных факторов на береговой линии водоема (канализационные и сточные воды, свалки, удобрения и др.). Взятие проб сточных вод и оформление результатов измерений в таблице.
6. Выбор периодичности наблюдений и измерений (раз в неделю, декаду, месяц, квартал, сезонные наблюдения).

Практическая работа N2. Исследование экологического состояния окружающей среды в окрестностях промышленного предприятия

Проблема. Необходимо исследовать экологическое состояние окружающей среды в окрестностях промышленного предприятия для оценки уровня нарушений экологического равновесия и проектирования мероприятий по его восстановлению.

Методика исследования.

1. Составление плана окрестностей промышленного предприятия.
Участок окрестностей промышленного предприятия.

План окрестностей промышленного предприятия.

2. Исследование абиотических факторов в окрестностях промышленного предприятия и занесение результатов в таблицу.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ АБИОТИЧЕСКИХ ФАЕТОРОВ В ОКРЕСТНОСТЯХ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Стороны предприятия

Темпе-
ратура
(° C )

Относительная влажность
(%)

Кислот-
ность (рН)

Уровень

шума

Проз-
рачность шума

Запах

Освещен-
ность

северная

западная

восточная

южная

3. Исследование биотических факторов в окрестностях промышленного предприятия и занесение результатов в таблицу.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ОКРЕСТНОСТЯХ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Стороны предприятия

Количество
деревьев

Количество хвойных деревьев

Состояние деревьев, опухоли

Деревья с лишайниками

Видовой
состав
животных

северная
западная
восточная
южная
4. Описание видов воздействия промышленного предприятия на окружающую среду (газообразные, жидкие, твердые выбросы, их частота, последствия).
5. Определение периодичности наблюдений и измерений.

Практическая работа N3. Исследование экологического состояния городского парка

Проблема. Необходимо исследовать экологическое состояние городского парка для выяснения его возможностей по восстановлению здоровья людей.

Методика исследований.

1. Составление плана парка с указанием объектов, расположенных на его границах (дороги, жилые дома, промышленные объекты). Составление описания отдельных объектов парка.

План экосистемы парка.
2. Исследование абиотических факторов и оформление результатов в таблице. Для измерений выбирается несколько точек по периметру парка.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЗДУХА В ПАРКЕ

Точ-

ки

Темпера-
тура (° C )

Запах

Прозрач-
ность

Уровень шума

Освещенность
(усл.ед.)

Кислотность (рН)

изме-
рений

в
парке

за
гра-
ницей

в
парке

за
гра-
ницей

в
парке

за
гра-
ницей

в
парке

за
гра-
ницей

в
парке

за
гра-
ницей

в
парке

загра-
ницей

Условные единицы шума - тишина, слабый, средний, сильный (грохот).
Условные уровни освещенности - низкий, средний, высокий.

3. Исследования биотических факторов и оформление результатов в таблице.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ПАРКЕ

Участок парка

(по улицам)

Состояние деревьев и кустарников Лишайники и трутовики Опухоли на деревьях

Видовой состав и количество животных (моллюски, насекомые, амфибии, птицы, млекопитающие)

4. Составление описаний основных источников антропогенных загрязнений.
5. Определение периодичности наблюдений и измерений (по декадам, месяцам, сезонам).

Практическая работа N4. Исследование состояния окружающей среды в окрестностях автодороги

Проблема. Необходимо исследовать состояние среды в окрестностях автодороги для оценки нарушений экологического равновесия и проектирования мероприятий по его восстановлению.

Методика исследований.

1. Построение плана участка окрестностей автодороги.
План участка окрестностей автодороги.

2. Исследование абиотических факторов на участке и оформление результатов в таблице ( для каждой стороны ).

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА УЧАСТКЕ ДОРОГИ

Сторона дороги

Расстояние от
дороги

Температура
(° C )

Относительная
влажность
(%)

Кислотность
(рН)

Прозрач-
ность
воздуха

Уровень
шума

Освещенность

Западная

Восточная

3. Исследование биотических факторов на участке и оформление результатов в таблице (для каждой стороны).

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА УЧАСТКЕ АВТОДОРОГИ

Сторона дороги

Расстояние от дороги

(м)

Видовой состав деревьев

Состояние деревьев, опухоли

Лишайники

на деревьях

Видовой состав животных

Западная

Восточная

4. Составление описаний антропогенных воздействий (примерное количество автомобилей, проезжающих по дороге в течение суток, места автомобильных остановок и автостоянок, наличие промышленных предприятий и их воздействие на среду).
5. Определение периодичности наблюдений и измерений.

Практическая работа N5. Исследование экологического состояния агросистемы

Проблема. Необходимо исследовать экологическое состояние агросистемы (огород, поле с сельскохозяйственными культурами, пастбище, сад) для определения изменений в результате постоянного воздействия человека.

Методика исследований.

1. Составление плана агросистемы с указанием объектов, расположенных на его границах.

План агросистемы.

2. Исследование абиотических факторов и оформление результатов в таблице. Для измерений выбирается несколько точек по периметру агросистемы.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В АГРОСИСТЕМЕ

Точки изме-
рений

Температура
(° C )

Кислотность (рН)

Почва

Осве-
щен
ность

Осад-
ки
(мм)

воз-
духа

почвы

воды

почвы

запах

цвет

толщина
гори-
зонтов

Почвенные горизонты

3. Исследование биотических факторов и оформление результатов в таблице.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В АГРОСИСТЕМЕ

Точки измерений

Микроорганизмы

в почвенной суспензии

Видовой состав суспензий

Количество дождевых червей на 1 мI

Видовой состав и количество животных (моллюски, насекомые, амфибии, птицы, млекопитающие)

4. Составление описаний основных источников антропогенных загрязнений (в том числе частота внесения и количество на 1 м2 удобрений, навоза, ядохимикатов).
5. Определение периодичности наблюдений и измерений (по месяцам, сезонам).

Практическая работа N6. Исследование экологического состояния окружающей среды в жилом районе

Проблема. Необходимо исследовать состояние окружающей среды в жилом районе для оценки нарушений экологического равновесия и разработки мероприятий по его восстановлению.

Методика исследований.

1. Построение плана жилого района с указанием объектов, расположенных на его границах и точек наблюдений и измерений.План жилого района.
2. Исследование абиотических факторов в жилом районе и оформление результатов в таблице.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ЖИЛОМ РАЙОНЕ

Точки

измерений

Температура (° C )

Относительная влажность
(%)

Кислотность
почвы
(рН)

Запах
и проз-
рачность
воздуха

Уровень шума

Освещенность

А
Б
В
Г

и т. д.

3. Исследование биотических факторов в жилом районе и оформление результатов в таблице.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ЖИЛОМ РАЙОНЕ

Точки

изме-

рений

Видовой состав растений

Состояние растений опухоли

Состояние газонов

Лишай-

ники

на деревьях

Видовой состав животных

А
Б
В
и т. д.

4. Составление и описание основных видов антропогенных воздействий (повышенный выброс тепла, жидких, газообразных и твердых отходов, густая сеть линий электропередач, уровень вытаптывания газонов, интенсивное искусственное освещен ие, уровень шума).
5. Определение периодичности наблюдений и измерений.

Практическая работа N7. Исследование экологического состояния участка санитарного леса.

Проблема. Необходимо исследовать экологическое состояние участка санитарного леса для примерного определения уровня загрязненности городской среды и разработки проектов по ее оздоровлению.

Методика исследований.

1. Составление плана участка санитарного леса с указанием объектов, расположенных на его границах.План участка санитарного леса.

2. Исследование абиотических факторов и оформление результатов в таблице.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА УЧАСТКЕ САНИТАРНОГО ЛЕСА

Точки измерений

Темпе-
ратура
(° C )

Относительная
влажность
(%)

Кислотность
осадков
(рН)

Количество
осадков
(мм)

Кислот-
ность
почв
(рН)

Прозрачность
воздуха

Освещен-
ность

3. Исследование биотических факторов и оформление результатов в таблице.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОТИСЕСКИХ ФАКТОРОВ НА УЧАСТКЕ САНИТАРНОГО ЛЕСА

Точки

изме-

рений

Видовой состав растений (количество)

Строение деревьев

Лишийники на деревьях

Трутовики на деревьях

Опухоли на деревьях

Видовой состав животных (количество)

4. Составление описаний антропогенных факторов.
5. Определение периодичности наблюдений и измерений (по декадам, месяцам, сезонам).

Практическая работа N8. Исследование экологического состояния в окрестностях комплекса утилизации твердых отходов

Проблема. Необходимо исследовать экологическое состояние среды в окрестностях комплекса утилизации твердых отходов (свалки) для оценки нарушений экологического равновесия и разработки мероприятий по его восстановлению.

Методика исследования.

1. Построение плана окрестностей комплекса утилизации с указанием объектов, расположенных на его границах. План окрестностей комплекса утилизации.
2. Исследование абиотических факторов в окрестностях комплекса утилизации и оформление результатов в таблице (для каждой стороны).

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ОКРЕСТНОСТЯХ КОМПЛЕКСА УТИЛИЗАЦИИ

Расстоя-ния от комплекса

Темпе-

ратура (° C )

Отно-тельная

влаж-ность

(%)

Кислот-ность почв

(рН)

Запах и прозрачность воздуха

Уровень шума

Примечания

3. Исследование биотических факторов и оформление результатов в таблице (для каждой стороны).

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ОКРЕСТНОСТЯХ КОМПЛЕКСА УТИЛИЗАЦИИ

Расстоя-

ния от комплекса

Видовой состав растений

Состояние растений, опухоли

Лишай-

ники на

деревьях

Видовой состав животных

Особен-ности окраски

4. Описание основных видов антропогенных воздействий на окрестности комплекса (повышение температуры воздуха, поступление химических веществ, уплотнение почв и др.).
5. Определение периодичности наблюдений и измерений.

Практическая работа N9. Исследование экосистемы по выбору

Задание. Выберите экосистему, сформулируйте проблему, составьте методику и проведите исследование ее экологического состояния.

МОДЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЭТАП ЭКСПЕРТИЗЫ.

ПОСТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ МОДЕЛЕЙ

На исследовательском этапе экспертизы мы провели изучение ситуации массовой гибели рыбы в реке Лиелупе (повторите материал 5). Была поставлена проблема, составлена методика исследования, выполнены наблюдения, измерения и опис ания в экосистеме реки. В результате была получена подробная, насколько позволяют наши возможности, информация о состоянии экосистемы реки после гибели рыбы. Теперь необходимо установить возможные причины гибели рыбы. Как это сделать?

Выяснение причин гибели проводится на аналитическом этапе экспертизы. Он включает в себя: 1) построение комплексной модели экосистемы; 2) анализ экологических проблем с помощью моделей; 3) экспериментальные исследования по индикац ии, регенерации и поиску ресурсов.

Построение комплексной модели экосистемы осуществляется в несколько этапов. На первом необходимо внести уточнения в расположение объектов, точек взятия проб и указать возможные новые объекты на плане экосистемы участка реки. В рез ультате план экосистемы дополняется и уточняется.

На втором этапе составляются математические модели по результатам исследований абиотических факторов. Результаты исследований воды представлены в таблице.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОДЫ В РЕКЕ ЛИЕЛУПЕ

Дата

N
точек
изме
рений

Температура
(° C )

Кислотность
(рН)

Цвет

Запах

Электро-
провод-
ность
(микроси-
менс)

Проз-
рач-
ность

19. 08

1
2
3
4

18, 3
18, 4
18, 6
19, 0

6, 0
5, 7
5, 2
5, 1

светло-желтая
светло-желтая
светло-желтая
светло-желтая

болотн.
болотн.
болотн.
болотн.

359 0, 75
359 0, 75
360 0, 75
360 0, 75

19
19
19
19

21. 08

1
2
3
4

19, 3
19, 3
19, 7
20, 1

6, 2
5, 5
5, 3
5, 1

светло-желтая
светло-желтая
светло-желтая
светло-желтая

болотн.
болотн.
болотн.
болотн.

358 0, 75
358 0, 75
360 0, 75
360 0, 75

20
20
20
20

23. 08

1
2
3
4

19, 5
19, 7
19, 8
20, 2

6, 1
6, 0
5, 7
5, 4

светло-желтая
светло-желтая
светло-желтая
светло-желтая

болотн.
болотн.
болотн.
болотн.

359 0, 75
350 0, 75
360 0, 75
360 0, 75

20
20
20
21

25. 08

1
2
3
4

20, 0
20, 2
20, 4
20, 4

6, 0
5, 5
5, 5
5, 2

светло-желтая
светло-желтая
светло-желтая
светло-желтая

боллтн.
болотн.
болотн.
болотн.

358 0, 75
359 0, 75
360 0, 75
360 0, 75

20
21
21
21

Построение графиков и диаграмм осуществляется для тех параметров, которые значительно изменяются. Как видно из таблицы 18, это температура и кислотность воды. Построим графики изменений этих параметров. Графики изменений температуры воды на участке реки.

Графики изменений кислотности воды на участке реки.

На третьем этапе составляются математические модели изменяющихся параметров биотических факторов. Результаты исследований биотических факторов показаны в таблице.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Дата

N
точек
измерений

Микро-организмы
в капле
(количество)

Биомасса
водорослей
(г/ мI )

Черви
(количество
на 1 мI

Моллюски
(количество на 1 мI)

Наличие падали

19. 08

1
2
3
4

3
2
2
1

300
200
200
300

нет
нет
нет
нет

1
1
1
1

нет
нет
нет
нет

21. 08

1
2
3
4

4
3
3
2

300
200
250
400

нет
нет
нет
нет

1
1
1
1

нет
нет
нет
нет

23. 08

1
2
3
4

4
4
2
0

300
200
300
500

нет
нет
нет
нет

1
2
1
1

нет
нет
нет
нет

25. 08

1
2
3
4

3
2
1
0

300
200
350
500

нет
нет
нет
нет

0
1
1
1

нет
нет
нет
нет

Как видно из таблицы, изменяется количество микроорганизмов в капле и биомасса водорослей. Построим графики изменений.

Графики изменений количества микроорганизмов в капле воды.

Графики изменений биомассы водорослей.

На четвертом этапе строятся математические модели изменений параметров антропогенных факторов. Результаты исследований антропогенных факторов представлены в таблице.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ

Дата

N сточ-
ного
коллек-тора

Температура воды
(° C )

Кислотность

(рН)

Цвет

Запах

Проз-
рач-
ность

19. 08

1

2

3

4

25

20

20

19

9, 0

8, 3

7, 5

6, 4

светло-желтый

нет

желтый

желтый

канализ.

Канализ

канализ.

каналтз.

20

20

20

22

21. 08

1

2

3

4

24

19

20

20

8, 7

8, 5

7, 9

6, 7

светло-желтый

нет

желтый

желтый

без

изменений

21

22

21

22

23. 08

1

2

3

4

25

19

19

21

8, 4

8, 6

7, 7

6, 2

желтый

нет

желтый

желтый

без

изменений

22

23

23

23

25. 08

1

2

3

4

23

20

21

21

8, 6

8, 7

7, 9

6, 4

желтый

нет

светло-коричн.

желтый

без

изменений

21

22

22

22

Из таблицы видно, что изменяются температура и кислотность сточных вод. Построим графики изменений этих параметров.
 Графики изменений температуры сточных вод из различных коллекторов

Графики изменений кислотности сточных вод из различных коллекторов
Мы построили комплексную модель экосистемы участка реки Лиелупе в период времени с 19 по 25 августа 1992 года. С помощью этой модели предстоит выполнить анализ экологической ситуации для установления причин гибели рыбы. Задачи.

1. Какие уточнения и дополнения могут вноситься в план экосистемы в процессе исследований?
2. Какие взаимосвязи можно выделить между температурой и кислотностью воды?
3. Какие условия необходимо соблюдать для точного определения количества микроорганизмов в капле воды?
4. Почему изменяется биомасса водорослей в водоеме? Составьте графики для описаний таких изменений.

АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Современный город является крупным потребителем пресной воды. Вода необходима для промышленных предприятий, жилых микрорайонов, агросистем. Для обеспечения потребностей производства и населения используются артезианские -подземные воды и вода из пресных водоемов - рек, озер, прудов. Потребление воды является необходимым и естественным процессом, однако возврат загрязненной воды в природу приводит к многочисленным экологическим проблемам.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА - это затруднение (нарушение) в жизнедеятельности экосистем. Например, при исследовании ситуации на участке реки Лиелупе мы столкнулись с экологической проблемой - массовой гибелью одного из биотических элем ентов - рыбы.

Анализ экологических проблем проводится для выяснения причин нарушений в экосистемах и их устранения. В жизни чаще всего бывает наоборот. Причины экологических проблем не устраняются, а идет борьба с последствиями. В описанной нам и ситуации (1;5) причины так и не были обнаружены и устранены, а поступили предложения об усилении контроля за очисткой промышленных и канализационных стоков и восстановлении рыбы. Такой подход очень похож на лечение насморка при воспалении легких. По нятно, что к серьезному улучшению состояния экосистем он не приведет. Для установления причин возникновения экологических проблем необходимо провести системный и вепольный анализ ситуации в экосистеме.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ (общий алгоритм).

1. Определяются все элементы экосистемы и техносистемы, расположенные на ее территории и рядом с ней: вода, береговая линия, растения, животные.

Техносистемы: лодочная станция, жилые дома, огороды, сахарный завод, отстойники, канализационные стоки.

2. Определяются техносистемы, имеющие прямые связи с экосистемой.

Техносистемы, имеющие прямые связи с участком реки: сахарный завод,

канализационные стоки 2 и 3, лодочная станция.

3. С помощью комплексной модели проводится сравнительный анализ состояния ареалов (участков) экосистемы, связанных прямыми связями с техносистемами, и выдвигаются гипотезы для объяснения причин нарушений в экосистеме.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ: наиболее значительные отклонения температуры и кислотности воды на участках II, III, IY. Гипотеза 1. Гибель рыбы вызвана загрязнением воды сточными водами сахарного завода. Гипотеза 2. Гибель рыбы вызвана заг рязнением воды сточными водами из коллекторов 2 и 3.

ВЕПОЛЬНЫЙ АНАЛИЗ (общий алгоритм).

1. Составляется модель проблемы.

?
Рыбы <^^^^^^^^Вода

^^^^^^^> - отрицательное воздействие
----------а - положительное воздействие
- - - - - - -> - неопределенное воздействие
? - явления взаимодействия

2. С помощью модели и таблицы "Природные тела, вещества и явления" выдвигаются гипотезы (вместо вопросительного знака) для объяснения причин нарушений в экосистеме.

Природные тела, вещества и явления.

ПРИРОДНЫЕ ТЕЛА И ВЕЩЕСТВА

ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

НЕЖИВЫЕ

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И МИНЕРАЛЫ:

рудные, нерудные, горючие, магматические, метаморфические, осадочные.

ПОЧВА: песок, глина, камни, перегной.

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ: минеральные, пресные, соленые, кислые.

ВОДОЕМЫ: реки, озера, пруды, моря, океаны, вода.

ЛЕДНИКИ: ледяной покров, айсберги, лед.

ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ: циклоны и антициклоны, воздух.

МАТЕРИКИ, ПОЛУОСТРОВА, ОСТРОВА, АТОЛЛЫ: горы, равнины, низменности.

ВУЛКАНЫ: бомбы, лава, пепел, газы.

ГЕЙЗЕРЫ: пар, вода, соли.

КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛА: планеты, звезды, созвездия, галактики, астероиды, кометы, метеориты, пыль.

ЖИВЫЕ

БАКТЕРИИ: сапрофиты, паразиты, почвенные, клубеньковые, молочные, болезнетворные.

ГРИБЫ: съедобные, ядовитые, шляпочные, одноклеточные.

ЛИШАЙНИКИ: кустистые, листовые, накипные.

РАСТЕНИЯ: деревья, кустарники, травянистые, водоросли, мхи, папоротники, хвойные, цветковые.

ЖИВОТНЫЕ: одноклеточные, кишечнополостные, черви, моллюски, раки, пауки, насекомые, рыбы, амфибии, рептилии, птицы, звери.

ЭКОСИСТЕМЫ: луга, леса, болота, водоемы, природные комплексы, природные зоны (тундра, тайга, смешанный лес, субтропический лес, тропический лес, пустыня, полупустыня)

АГРОСИСТЕМЫ: огороды, сады, парки, лесополосы, оросительные поля, водохранилища, санитарные леса, поселки, города, агломерации.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА В ПРИРОДЕ.

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ: изучение природы, принятие законов об охране природы, создание заказников, заповедников, национальных парков, регулирование охоты, рыболовства, минимальное использование растений, животных и полезных ископаемых, вос становление природных тел и веществ, защита от загрязнений и разрушений.

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ: загрязнение, разрушение, вырубка лесов, осушение рек и болот, вытаптывание, застройка природных территорий, строительство линий электропередач, браконьерство, изменение природных территорий.

ТЕПЛОВЫЕ: нагревание, охлаждение, оттаивание, кипение, испарение, конденсация.

ХИМИЧЕСКИЕ: изменение цвета, запаха, вкуса, кислотные дожди, повышение солености, выпадение осадка, образование кристаллов, использование: лекарств, антибиотиков, ядов, ферментов, гормонов, жира, антител, соков, смол, антифризов , питательных веществ, выделений, пены, воска, растворителей, применение удобрений и ядохимикатов, радиоактивное излучение.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ: образование, передача, накопление, разрядов и тока.

МАГНИТНЫЕ: магнитное поле Земли, притяжение, отталкивание с помощью магнита, намагничивание, размагничивание.

МЕХАНИЧЕСКИЕ: движение тел и веществ, извержение, изменение размеров и формы тел, удары, трение, вращение, давление, колебания, упругость, притяжение Земли, сила тяжести, .

АКУСТИЧЕСКИЕ: звуки, шум, музыка, песня, ультразвуки, инфразвуки.

ОПТИЧЕСКИЕ: освещение, затемнение, отражение света, свечение, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, рентгеновское излучение.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ: питание, дыхание, транспорт веществ, выделение, размножение, рост, образование новых органов, ориентация, фотосинтез, листопад, миграции.

Гипотезы.

1. Тепловое загрязнение сточными водами сахарного завода и городской канализации.
2. Химическое загрязнение сточными водами.
3. Усиленное размножение зеленых водорослей, в результате и "цветение" воды, и гибель рыбы.

После выдвижения гипотез составляется прогноз развития ситуации в экосистеме.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ (общий алгоритм).

1. Определяются элементы экосистемы, которые могут изменяться - изменяемые элементы.

Изменяемые элементы: вода, растения, животные.

2. Определяются возможные последствия воздействия антропогенных факторов на изменяемые элементы экосистемы.

Элементы Антропогенные Возможные факторы последствия Вода Нагревание Загрязнение воды.

Растения Химическое Уменьшение численности растений и животных.

Животные загрязнение Увеличение заболеваний растений, животных и человека.

ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ЭКОСИСТЕМ

Практическая работа N 10. Aнализ экологических проблем водоема

Методика работы.

1. Постройте комплексную модель экосистемы водоема, используя для этого результаты исследований.
2. Проведите системный и вепольный анализ экологических проблем.
3. Составьте прогноз возможных изменений экологической ситуации в водоеме.

Практическая работа N 11. Анализ экологических проблем в окрестностях промышленного предприятия

Методика работы.

1. Постройте комплексную модель экосистемы, на территории которой расположено промышленное предприятие, используя для этого результаты исследований.
2. Проведите системный и вепольный анализ экологических проблем.
3. Составьте прогноз возможных изменений экологической ситуации в окрестностях промышленного предприятия. Комплексная модель техносистемы.

ТЕХНОСИСТЕМА ≈ техническая система, расположенная в экосистеме

В АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ: отходы производства (жидкие, твердые, газообразные) дым, шум.

Практическая работа N 12. Анализ экологических проблем парка

Методика работы.

1. Постройте комплексную модель парка, используя для этого результаты исследований.
2. Проведите системный и вепольный анализ экологических проблем.
3. Составьте прогноз возможных изменений экологической ситуации в парке.
Структурные компоненты и факторы среды в городской экосистеме.

Практическая работа N 13. Анализ экологических проблем в окрестностях автодороги

Методика работы.

1. Постройте комплексную модель экосистемы окрестностей автодороги, используя для этого результаты исследований.
2. Проведите системный и вепольный анализ экологических проблем.
3. Составьте прогноз возможных изменений экологической ситуации в окрестностях автодороги.

Практическая работа N 14. Анализ экологических проблем агросистемы

Методика работы.

1. Постройте комплексную модель агоросистемы, используя для этого результаты исследований.
2. Проведите системный и вепольный анализ экологических проблем.
3. Составьте прогноз возможных изменений экологической ситуации в агросистеме.
Структура и экологические проблемы агросистемы.

Практическая работа N 15. Анализ экологических проблем в жилом районе

Методика работы.

1. Постройте комплексную модель жилого района, используя для этого результаты исследований.
2. Проведите системный и вепольный анализ экологических проблем.
3. Составьте прогноз возможных изменений экологической ситуации в жилом районе.

Практическая работа N 16. Анализ экологических проблем участка санитарного леса

Методика работы.

1. Постройте комплексную модель участка санитарного леса, используя для этого результаты исследований.
2. Проведите системный и вепольный анализ экологических проблем.
3. Составьте прогноз возможных изменений экологической ситуации на участке.

Практическая работа N 17. Анализ экологических проблем в окрестностях комплекса утилизации

Методика работы.

1. Постройте модель комплекса утилизации, используя для этого результаты исследований.
2. Проведите системный и вепольный анализ экологических проблем.
3. Составьте прогноз возможных изменений экологической ситуации в окрестностях комплекса утилизации.

Практическая работа N18. Анализ экологических проблем экосистемы по выбору

Задание: постройте комплексную модель экосистемы по выбору, проведите анализ экологических проблем и составьте прогноз возможных изменений экологической ситуации.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ИНДИКАЦИЯ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Продолжим наше исследование экологической катастрофы на реке Лиелупе. В начале аналитического этапа мы построили комплексную модель экосистемы участка реки, провели системный и вепольный анализ проблемы. В результате были выдвинут ы гипотезы для объяснения возможных причин гибели рыбы в реке. Наиболее близки к истине две гипотезы: 1) теп-ловое загрязнение водоема, 2) химическое загрязнение водоема сточными водами. Возникает вопрос - можно ли было предотвратить катастрофу? Можно, е сли бы проводилась необходимая индикация сточных вод для определения уровня их загрязнения.

ИНДИКАЦИЯ - это обнаружение веществ, явлений и организмов с помощью

физических, химических и биологических методов. В процессе экспертных исследований мы применяли физические методы: измерение температуры, кислотности, прозрачности, запаха, цвета и электропроводности воды. Наряду с ними, можно использо вать и химические методы - внесение различных веществ для обнаружения веществ-загрязнителей. В процессе химических реакций изменяется цвет и прозрачность воды, выпадает или исчезает осадок, могут выделяться газы. Применение физических и химических методо в для индикации, позволяет достаточно точно определять уровень загрязненности элементов экосистем. Однако более точную информацию о загрязненности экосистемы можно получить, применяя биологические методы, когда в качестве индикаторов используются живые о рганизмы.

Многие живые организмы чувствительны к незначительным дозам загрязняющих веществ, поэтому их применение для индикации позволяет обнаружить загрязнение на начальном этапе. Такой подход позволяет предупреждать экологические катастро фы. Какие живые организмы можно использовать для индикации загрязнений? Их достаточно много. Мы познакомимся лишь с некоторыми.

"Кашель" у рыб - это способ очистки жабр от различных загрязнений. Частота приступов зависит от степени загрязненности. Можно подсчитать частоту "кашля", допустим, у плотвы при различных уровнях загрязнения воды в водоеме, и в дал ьнейшем использовать эти данные для индикационных экспериментов.

Форель, по своей природе, любит плыть против течения. Если вода оказывается грязной, рыба мгновенно поворачивает в обратном направлении. Для индикации используются несколько форелей с датчиками, которые дают сигнал, если форели ме няют курс.

Таблица.

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИНДИКАЦИИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

N
п/п

Опреде-
ляемый
ион

Реактив

Химическая формула

Что происходит

ВОДА, ПОЧВА

1

Na+

Гексагидроксостибиат (V) калия

K[Sb (OH)6]

белый кристаллический осадок

2

К +

Гексанитрокобальт (Ш)

Na3[Co(NO2)6

желтый кристаллический осадок

3

К +

Дипикриламин

[C6H2(NO2) H N

оранжево-красный осадок

4

NH4

Реактив Несслера

K2[HgL4]+ KOH

красно-бурый осадок

5

Ва2+

Дихромат калия

K2Cr2O7

желтый осадок

6

Sr2

Оксалат аммония

(NH4) 2C2O2

белый осадок

7

Ca2+

Мурексид

C8H6N6O6

красное окрашивание

8

Al3+

Ализарин S

C14H5O2(OH) 2SO3NA

кирпично-красный лак

9

Al3+

Нитрат кобальта

Co (NO3) 2

синее окрашивание

10

Cr3+

Гидроксид натрия

NaOH

серо-зеленый осадок

11

Cr3+

Перманганат калия

KMnO4

желтое окрашивание

12

Fe3+

Гексацианоферрат (II) калия

K4[Fe(CN) 6]

темно-синий осадок

13

Fe3+

Роданид аммония

NH4CNS

кроваво-красное окрашивание

14

Fe2+

Гексацианоферрат

K3[Fe(CN) 6]

темно-синий осадок

15

Zn2+

Гексацианоферрат (III) калия

Ka[Fe(CN) 6]

коричнево-желтый осадок

16

Cu2+

Гексацианоферрат (III) калия

K3[Fe(CN) 6]

красно-бурый осадок

17

Cu2+

Гидроксид аммония

NH4OH4

синее окрашивание

18

Co2+

Нитрозонафтол

C10H6(NO)OH

пурпурно-красный осадок

19

Co2+

Тетраданомеркурат (II) аммония

(NH4) 2[Hg(SCN) 4]

ярко-синий

20

Ni2+

Диметилглиоксим

[CH3CNOH] 2

ало-красный осадок

21

Pb2+

Иодид калия

KI

желтый осадок

22

Pb2+

Хромат калия

K2CrO4

желтый осадок

23

Cd2+

Гидроксид аммония

NH4OH

белый осадок

24

Cd2+

Сероводород

H2S

желтый осадок

25

Sn2+

Нитрат висмута + гидроксил натрия

Bi(NO3) 3+NaOH

черный осадок

26

Sn2+

Хромат калия

K2CrO4

сине-фиолетовое окрашивание

27

Hg2+

Иодит калия

KI

оранжево-красный осадок

28

Hg2+

Тетрароданокобальтат

(NH4) 2[Co(SCN) 4]

синий кристал-лический осадок

29

So42 -

Хлорид бария

BaCL 2

белый кристаллический осадок

30

So32 -

Нитропруссид натрия

Na2[Fe2(CN) 5NO]

розовое окрашивание

31

Сo32 -

Соляная или серная кислота

HCL или H2SO4

выделение двуокиси углерода

32

Po43 -

Молибдат аммония

(NH4) 2MoO4

желтый кристаллический осадок

33

Po43 -

Бензидин

C12H8(NH2) 2

синее окрашивание

34

CL -

Нитрат серебра

AgNO3

белый творожистый осадок

35

CL -

Перманганат калия +

KMnO4

окрашивание бумаги в синий цвет

36

Br -

Нитрат серебра

AgNO3

желтоватый осадок

37

Br -

Флюоресцеин

C20H8O6H4

красное окрашивание

38

I -

Ритрат серебра

AgNO3

бледно-желтый творожистый осадок

39

I -

Хлорная вода +

CL2

фиолетовое окрашивание

40

I -

Нитрит натрия + крахм

NaNO2

синее окрашивание

41

S 2 -

Нитроптуссид натрия

Na2[Fe(CN)5NO]

красно-фиолетовое окрашивание

42

S 2 -

Иодная вода

I2

выделение желтой серы

43

NO 3 -

Сульфат железа (II)

FeSO4

бурое окрашивание

44

NO 3 -

Дефиниламин

(C6H5) 2NH

темно-синее окрашивание

45

NO 2 -

Антипирин + серная кислота

C6H5C3HON2(CH3) 2+ H2SO4

ярко-красное окрашивание

46

NO 2 -

Антипирин + серная кислота

C6H5C3HON2(CH3) 2 + H2SO4

ярко-зеленое окрашивание

47

NO2

Сульфаниловая кислота + анафтиламин

H[SO3C6H4NH< /FONT>2] +C10H7NH2

красное окрашивание

48

NO 2 -

Иодид калия + бензин

K I

синее окрашивание

В О З Д У Х

49

SO 2

Хлорноватистый калий

KCLO

50

SO 2

Перекись водорода

H2O2

Изменение цвета индикаторных

51

NO 2

Мышьяковистый натрий

NaAsO2

трубок с реактивом и наполнителем

52

CS 2

Спирт этиловый + диэтиламин

C2H5OH + (C2 H5) 2NH

53

Фенол

Карбонат натрия

Na2CO3

54

СO 2

Идроксид кальция

CA(OH) 2

белый осадок (помутнение раствора)

В США работники газопроводов для выявления утечки газов из труб используют обоняние грифов. С этой целью в природный газ добавляют химическое вещество с запахом тухлого мяса. В случае утечки грифы, питающиеся падалью, начинают кру житься над местом утечки. Обходчику легко заметить крупных птиц и найти место утечки.

В Чехии для индикации загрязнения воздуха высаживают люцерну, которая изменяет свой рост и цвет в зависимости от уровня загрязненности. Для этих же целей можно использовать лишайники, хвою сосны и ели, растения салата, табака. При проведении индикационных экспериментов можно совместно использовать физические, химические и биологические методы.

Вернемся к гипотезам, выдвинутым в начале параграфа. Для их проверки необходимо провести опыты по индикации уровня загрязнения воды. С этой целью можно использовать речных рыб, например, плотву или окуней.

Методика опыта следующая:

1. В аквариум с условно чистой (речной или водопроводной) водой помещается несколько рыб для контроля.

2. В аквариумы с пробами речной воды, взятыми на различных расстояниях от сточных коллекторов, помещают несколько рыб - это опыт. Пробы воды в опыте и контроле выбираются из расчета 10-15 л на одну рыбку 6-7 см длиной. В течение о пыта в аквариумах поддерживается такая же температура, как и в водоеме.

3. Проводятся наблюдения за поведением и частотой "кашля" рыб. Результаты оформляются в таблице и составляются выводы.

Проведение экспериментальных исследований позволяет либо подтвердить, либо опровергнуть выдвинутые гипотезы. И только после экспериментов можно делать окончательные выводы о причинах гибели рыбы.

РЕГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЭКОСИСТЕМ

Сбрасывая загрязненные воды, промышленные газы и твердые отходы в окружающую среду, мы часто не задумываемся о том, что эти вещества, уничтожая все живое в природе, рано или поздно вернутся к человеку. Что же делать? Прежде всего необходимо очистить от ядовитых примесей отходы деятельности человека, поступающие в окружающую среду.

РЕГЕНЕРАЦИЯ - это восстановление элементов экосистем путем очистки от загрязняющих веществ и организмов. Регенерацию почвы, воды и воздуха можно проводить так же, как и индикацию - с помощью физических, химических и биологических методов. Основными физическими методами регенерации являются: нагревание и выпаривание, фильтрование и отстаивание, пропускание электрического тока, воздуха и магнитная очистка. Эти методы обычно применяются комплексно, то есть последовательно несколько из них. Химические методы применяются совместно с физическими. При химической очистке используются различные химические вещества, которые взаимодействуют с загрязнителями, при этом образуются осадки, которые затем выводятся и направляются для промышленно й переработки.

Для биологической очистки применяются живые организмы, способные накапливать в своем теле вещества-загрязнители. В ряде стран для очистки озер применяются дафнии, моллюски-фильтраторы, водоросли, речной или озерный ил. В Германии, территория которой сильно страдает от индустриальной деятельности, все чаще стремятся использовать биологические методы. Созданы установки для очистки сточных вод с помощью бактерий. Эти бактерии вырабатывают своеобразный клей, при помощи которого они п рочно прикрепляются к частицам твердых пород и не смываются потоком воды. Закрепившись на специальных границах в очистительной установке, бактерии быстро размножаются и снижают концентрацию нитратов в воде практически до нуля. А как вы думаете, почему мо рская вода нигде не бывает такой чистой, как вокруг коралловых рифов? Потому что их ячеистая структура - идеальное местообитание для многочисленных микроорганизмов, которые превращают рифы в гигантские очистные устройства. Некоторые фирмы создают из пори стого стекла контактные фильтры, в которых поселяются бактерии, очищающие промышленные стоки и выделяющие при этом полноценный биогаз.

Биологическое окисление органических загрязнений -наиболее распространенный метод очистки сточных вод. Ведущую роль в этих процессах играют бактериальные культуры. Их разводят и содержат в специальных сосудах - аэротенках и биофил ьтрах.

Известны два основных типа аэротенков: первый - с направленным выпуском сточной воды и активного ила в торце сооружения (аэротенки- вытеснители) и второй - с равномерно рассредоточенным выпуском сточной воды и активного ила по дли не сооружения (аэротенки- смесители). К достоинствам аэротенков- вытеснителей относится высокое качество очистки, а к недостаткам - невысокая доза активного ила и неравномерность органической нагрузки на активный ил в рабочем объеме- в зоне выпуска ила б ольше и очистка там идет интенсивнее, чем на выходе. У аэротенков- смесителей высокая скорость окисления загрязнений и равномерная органическая нагрузка на ил, но там процесс идет очень активно - все бурлит, кипит, а в результате в очищенную воду попадаю т неокисленные загрязнения, то есть качество очистки невысокое.

Ученые Московского инженерно- строительного института создали новую модель неравномерного распределения, сочетающего в себе достоинства обоих типов аэротенков (смесителя и вытеснителя). В нем используется неравномерный ввод сточно й воды от смесителя при подаче активного ила с торца установки (как в вытеснителе). Сточная вода подается пропорционально концентрации активного ила в аэротенке, то есть в ту часть установки, где активного ила больше. В итоге качество очистки воды в ново м аэротенке значительно повышается, возрастает скорость очистки.

Для создания регенерационных установок по очистке элементов экосистем необходимо провести поисковые эксперименты.

Методика проведения экспериментов может быть следующей:

1. Выбирается загрязненный элемент экосистемы и проводится измерение его физико - химических параметров. Результаты оформляются в таблице. При исследовании сточных вод, стекающих в реку Лиелупе, мы измерили параметры сточных вод и з коллекторов.

2. С помощью таблицы "Природные тела, вещества и явления" составляются модели линий очистки. Примеры моделей линий очистки:
1) отстаивание --> фильтрование --> нагревание --> фильтрование --> пропускание воздуха --> речной ил;

2) отстаивание --> пропускание электрического тока --> пропускание воздуха --> введение химического вещества --> дафнии.

3. Проводится экспериментальная очистка и измерение физико-химических параметров очищенного элемента. Результаты заносятся в таблицу.

4. Сравниваются физико- химические параметры элемента до и после очистки, и делаются выводы о ее эффективности.

Планируя линию очистки, следует помнить о необходимости экономии затрат материалов и энергии для ее создания и работы. Идеальный вариант - линия работает практически без затрат материалов и электроэнергии. Вот только как этого до стичь?

ПОИСК РЕСУРСОВ

Развитие технического мира остановить невозможно. Техника будет развиваться, и это связано с постоянным возникновением потребностей человека в новых материалах, веществах, источниках энергии. Человечество хочет жить сытно, в комфо рте, имея различные развлечения. Для обеспечения этих потребностей требуются все новые и новые природные ресурсы и промышленные предприятия. Ученые подсчитали, что 70-80 процентов всех ресурсов, получаемых человеком из природы, возвращается обратно в при роду, но в измененном или загрязненном состоянии.

Если этот процесс не остановить, то через некоторое время... брать у природы будет нечего. "Нужно принять законы,- скажете вы,- для ограничения потребления природных ресурсов". А как же тогда развитие техники? Ведь придется остано вить часть промышленных и аграрных предприятий, а это приведет к уменьшению комфорта и количества продуктов питания. Нет, на такое мы не согласны. Так что же делать? Ведь мы уже живем в эпоху экологического кризиса, при дальнейшем развитии которого может быть только экологическая катастрофа.

Вывод напрашивается однозначный: если нельзя увеличить получение природных ресурсов, а это действительно так, то необходимо подумать о том, как не допустить возвращения использованных загрязненных ресурсов в природу, а обратить их на пользу человечеству. Нужно использовать промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы для получения новых материалов, веществ и энергии. И ресурсно- поисковые эксперименты уже ведутся во всем мире.

Население Земли производит теперь столько твердых бытовых отходов, что их свалки приобрели характер и масштаб геологических тел. Они занимают сотни гектаров, имеют глубину "пласта" до 50 м и уже всерьез влияют на круговорот вещест в в биосфере - оболочку жизни живых организмов. Геологи провели исследование некоторых свалок в России и установили, что на них резко повышено содержание тяжелых металлов: цинка, свинца, меди, а также углерода и азота. При разложении бытовых отходов на с валках образуется биогаз. Общие ресурсы биогаза лишь Московской свалки превышают 30 млрд. м3.

Суммарная суточная мощность городских станций очистки сточных вод только по биогазу составляет более 110 тыс. м3, не говоря уже о сухом остатке. Крупные потенциальные ресурсы горючего сырья содержатся в твердых, жидких и газообраз ных отходах деревообрабатывающей и химической промышленности, сельского хозяйства.

В настоящее время разработаны термохимические (пиролиз) - нагревание, газификация, сжижение и биологические (ферментация - разложение под действием ферментов) процессы переработки биомассы. Газообразные продукты этих процессов мог ут быть использованы для синтеза искусственного жидкого топлива. Уже сооружаются установки для получения из отходов древесины топлива.

При очистке сточных вод образуется осадок. Раньше предполагали его использовать в качестве удобрения, но, как выяснилось, это может привести к накоплению в почве вредных химических веществ. Возникла идея захоронения осадка вместе с бытовым мусором для получения биогаза.

Оригинальный способ улучшения качества воды разработан на Украине.

В качестве материала для фильтра использован шлак-несгораемая минеральная часть топлива, сжигаемая на тепловых электростанциях. Оказалось, что шлак обладает прекрасными очистными свойствами, к тому же для создания шлакового фильтра не требуется каких-либо сложных технологических операций.

Сегодня уже невозможно представить наш быт без полимерных пленок.

Однако до сих пор старую пленку в основном сжигают. Но вот недавно старые полиэтиленовые пакеты начали собирать с помощью специальной машины в скатку для дальнейшей переработки.

Еще одна проблема - переработка пластмасс. Американские ученые предложили добавлять в пластмассы кукурузный крахмал - в результате такая пластмасса быстро разлагается в почве. Для проведения ресурсно -поисковых экспериментов можно использовать примерную методику.

1. Выбирается вещество или материал, поступающий в природу как загрязнитель после линии очистки.
2. Проводятся эксперименты для обнаружения новых полезных функций.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

топливо
теплоизолятор
поглотитель
укрепитель
очиститель
ВЕЩЕСТВО строительный материал
ЭКСПЕРИМЕНТЫ звукоизолятор
МАТЕРИАЛ проводник электрического тока
диэлектрик
ядохимикат
удобрение
защитный слой

3. Составляется описание возможностей вторичного использования вещества или материала.

Сточных коллекторов, свалок, дымовых труб очень много. Еще больше количество веществ, которое выбрасывается через них в природу. Значит, наступило время возвращать их обратно в производственные циклы для получения полезной человек у и природе продукции.

ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Практическая работа N19. Опытные исследования по индикации загрязнений

Вариант 1. Определение тяжелых металлов в почве.

Оборудование и реактивы: сушильный шкаф, термометр (0 -1000С), ступка с пестиком (фарфоровая или агатовая), сито с капроновым полотном (диаметр отверстий 1 мм), стакан (емкостью 150-200 мл), набор пробирок, штатив для пробирок, ли ст пергамента или кальки, раствор аммиака, желтая кровяная соль, иодид калия, хромат калия.

Методика работы.

1. Высушите пробу почвы до воздушного состояния в чистом, хорошо проветриваемом помещении или в сушильном шкафу при 30-400С, рассыпая ровным слоем на пергаменте или кальке, удаляя корешки и включения. Затем измельчите высушенную п очву в ступке и просейте через сито.

2. Для получения легко растворимых солей определяемых элементов, образец почвы поместите в стакан и добавьте смесь соляной и азотной кислот, взятой в 3-4 раза больше, чем количество почвы. Тщательно перемешайте (10-20 минут) и отф ильтруйте через бумажный фильтр.

3. Вставьте в штатив 4 пробирки, и в каждую налейте по 5 мл фильтрата.

4.Для определения меди: налейте в первую пробирку сначала небольшое количество раствора аммиака (NH4OH). Если выпадает зеленоватый осадок, то налейте раствор аммиака в избытке. Если осадок растворяется и раствор окрашивается в инт енсивно-синий цвет, то в исследуемом фильтрате присутствуют ионы меди. Для проверки во вторую пробирку налейте раствор желтой кровяной соли - K4[Fe(CN)6]. Если образуется красно- бурый осадок или просто происходит окрашивание фильтрата, то это подтвержда ет наличие ионов меди.

5. Для определения ионов свинца: в одну пробирку налейте раствор иодида калия (KI), а во вторую - раствор хромата калия (K2CrO4), и наблюдайте за возможными изменениями в пробирках. Если в обеих пробирках выпадает осадок желтого ( золотистого) цвета, то можно считать, что ионы свинца в фильтрате присутствуют.

6. Сделайте выводы на основе полученных результатов опыта.
Последовательность опыта по определению тяжелых металлов в почве.

Вариант 2. Определение количества минеральных и органических веществ в воде из водоема.

Оборудование: кварцевые или фарфоровые чашки (объемом 200 мл), электроплитка, сушильный шкаф, муфельная печь или газовая горелка, технохимические (или аптекарские) весы.

Методика работы.

1. Измерьте массу предварительно прокаленной чашки на весах (m1) и налейте в нее 100 мл пробы воды. Проведите выпаривание воды на электроплитке.
Последовательность опыта по определению количества минеральных и органических веществ в воде.

2. После выпаривания внешнюю поверхность чашки протрите фильтровальной бумагой, перенесите в сушильный шкаф и просушите в течение 1 часа. Затем охладите и взвесьте (m2). Из полученной величины отнимите массу пустой чашки (m1) и оп ределите массу растворенных веществ в мг/л.

3. В муфельной печи или с помощью газовой горелки прокалите осадок до тех пор, пока его цвет не станет белым или буроватым. Затем дайте чашке oстыть и измерьте массу (m3). Из полученного результата отнимите массу пустой чашки и оп ределите количество минеральных веществ в мг/л.

4. По разности между массой растворенных веществ и массой минеральных веществ найдите содержание органических веществ в пробе воды, выраженное в мг/л.

5. Результаты измерений занесите в таблицу и сделайте выводы.

Вариант 3. Определение загрязненности воздуха с помощью спектроскопа.

Оборудование: спектроскоп двухтрубный, школьный.
Спектроскоп.
1 - треножная устойчивая подставка
2 - стойка
3 - столик
4 - коллиматорная трубка
5 - подвижный кронштейн
6 - призма с оправой
7 - винтовой микрометр
8 - зрительная трубка
Методика работы.

1. Выберите экосистему с условно чистым воздухом, например, участок леса. В лесу установите спектроскоп на опоре параллельно земле, направьте коллиматорную трубку на незагороженный деревьями участок.

2. Луч света, проходя через щель коллиматорной трубки, падает на переднюю грань призмы, разлагается и выходит параллельными пучками разных цветов. Получающийся спектр рассмотрите через объектив зрительной трубки.

3. Металлическую нить, расположенную в фокальной плоскости окуляра вертикально, установите на границу перехода цветов спектра с помощью винтового микрометра и отметьте полученные значения.

4. Установите спектроскоп вблизи автомобильной дороги с интенсивным транспортным движением. Направьте коллиматорную трубку прибора в сторону дороги. Через окуляр зрительной трубки с помощью визирной нити и винтового микрометра отм етьте смещение полос спектра.

5. Сравните полученные результаты измерений и сделайте выводы.

Вариант 4. Определение токсичных веществ в сточных водах.

Оборудование и реактивы: бутыль для отбора пробы воды, набор пробирок, подставка для пробирок, стакан емкостью 150-200 мл, воронка, фильтровальная бумага, штатив, растворы: иодида калия, дихромата калия, желтой кровяной соли, рода нида калия, сульфата железа, серной кислоты, дифениламина.

Методика работы.
1. В полиэтиленовую бутыль наберите пробу воды из источника сточных вод для определения в ней свинца, железа, нитратов.
2. Пропустите пробу воды через бумажный фильтр в стакан. Образующийся фильтрат используется для дальнейшей работы.
3. Установите в подставку 6 пробирок. Налейте в каждую по 5 мл профильтрованной пробы воды.
4. Для определения ионов свинца в одну из пробирок прилейте раствор иодида калия (KI), а во вторую - раствор хромата калия (K2CrO4), и наблюдайте за изменениями в пробирках. Если в обоих случаях выпадает осадок желтого (золотистог о) цвета, то это доказывает наличие в воде ионов свинца.
5. Для определения ионов железа: поочередно прилейте растворы желтой кровяной соли (K4[Fe(CN)6]) и роданида калия (KSCN). Если в первой пробирке образуется темно-синий осадок, а во второй раствор становится кроваво- красного цвета , то это свидетельствует о наличии в воде ионов железа.
6. Для определения нитрат-ионов поочередно прилейте растворы сульфата железа (II) FeSO4 + каплю концентрированной серной кислоты (H2SO4) и дифениламина (C6H5)2NH. Если в первой пробирке появляется бурое окрашивание, а во второй - темно-синее, то это доказывает наличие в воде нитрат-ионов.

Практическая работа N20. Опытные исследования по регенерации элементов экосистем

Вариант 1. Восстановление почв

Методика работы.

1. Возьмите пробы почв из различных загрязненных экосистем - по результатам индикации.
2. Составьте несколько линий очистки почв и проведите экспериментальные исследования.
3. Проведите индикацию уровня загрязнения почвы после различных вариантов очистки и сравните полученные результаты.
4. Составьте описания наиболее эффективных линий очистки почвы.

Вариант 2. Восстановление воды

Методика работы.

1. Возьмите пробы воды из различных загрязненных экосистем - по результатам индикации.
2. Составьте несколько линий очистки воды и проведите экспериментальные исследования.
3. Проведите индикацию уровня загрязнения воды после различных вариантов очистки и сравните полученные результаты.
4. Составьте описания наиболее эффективных линий очистки воды.

Практическая работа N21. Опытные исследования по поиску ресурсов

Вариант 1. Твердые бытовые и промышленные отходы

Методика работы.

1. Возьмите пробы твердых бытовых и промышленных отходов. Определите долевое содержание в них различных веществ и материалов.
2. Определите возможности вторичного применения веществ и материалов и проведите эксперименты для их проверки.
3. Составьте описания возможностей вторичного применения веществ и материалов из твердых бытовых и промышленных отходов.

Вариант 2. Жидкие бытовые и промышленные отходы

Методика работы.
1. Возьмите пробы жидких бытовых и промышленных отходов. Определите содержание в них различных веществ.
2. Определите возможности вторичного применения веществ и проведите эксперименты для их проверки.
3. Составьте описания возможностей вторичного применения веществ из жидких бытовых и промышленных отходов.

Практическая работа N22. Опытные исследования элементов экосистем по выбору

Задание

Выберите элемент экосистемы, составьте методику и проведите индикационные, регенерационные и ресурсно -поисковые эксперименты. Составьте описания результатов.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

РЕКОНСТРУКЦИЯ ЭКОСИСТЕМ

Вспомним, с чего начиналась экологическая экспертиза участка реки Лиелупе. На первом - исследовательском этапе - была поставлена проблема: выяснить причины гибели рыбы, составлена методика исследования экосистемы и проведены наблюдения и измерения параметров абиотических, биотических и антропогенных факторов. На втором этапе - аналитическом -была пос троена комплексная модель экосистемы реки, проведены системный и вепольный анализ, и предложены гипотезы для объяснения причин гибели рыбы. Эти гипотезы следующие: гибель рыбы могла наступить в результате теплового и химического загрязнения воды в реке с точными водами из коллекторов и в результате бурного размножения водорослей, что привело к уменьшению воздуха в воде. Для проверки выдвинутых гипотез были проведены экспериментальные , в частности, индикационные исследования, по

результатам которых можно достаточно точно утверждать о причинах гибели рыбы. Основная причина - это высокий уровень химического загрязнения воды в реке.

Мы подошли к третьему этапу экспертизы -проектному. Это - этап разработки комплексных предложений по изменению ситуации в экосистеме и предотвращению возможных экологических катастроф. Первым элементом проектного этапа является ре конструкция экосистемы.

РЕКОНСТРУКЦИЯ - это разработка и внедрение предложений по изменению строения экосистемы для уменьшения или полного прекращения отрицательных эффектов.

В нашем случае отрицательные эффекты - это действие сточных вод, поступающих в экосистему реки по коллекторам. Вода, которая возвращается в экосистему после использования для промышленных и бытовых целей, должна соответствовать по пара метрам воде в реке. Различия между параметрами (кислотность, температура, цвет, прозрачность и др.) недопустимы. Реконструкция экосистемы -это не полное изменение всех ее элементов, а только тех из них, которые нарушают естественное развитие экосистемы. В экосистеме участка реки Лиелупе естественное развитие нарушают сточные воды.

Поэтому наше предложение сводится к необходимости возвращать воду в реку после ее использования примерно с такими же параметрами, с какими она поступает из реки для промышленного и бытового использования. Этого можно достичь, если построить очистные сооружения непосредственно на промышленных предприятиях или общие для всех предприятий и жилых районов. Возможен вариант создания каскада (несколько) очистных сооружений. А если очистные сооружения уже есть? Но ведь по коллекторам пос тупает загрязненная вода, значит, эти сооружения недостаточно эффективны, необходима их реконструкция. Для этого на аналитическом этапе экспертизы были проведены регенерационные эксперименты, результаты которых можно использовать для оформления конкретны х предложений.

Таким образом, реконструкция экосистемы предполагает изменение тех элементов, которые вызывают отрицательные эффекты. Для проведения реконструкции можно использовать следующий общий алгоритм:

1. Определить элементы экосистемы, которые нарушают естественное развитие и создают отрицательные эффекты.

2. Предложить возможности полного вынесения данных элементов из экосистемы или их изменение для уменьшения отрицательных эффектов. Для этого используются результаты регенерационных и ресурсно- поисковых экспериментов.

Проведение реконструкции экосистемы позволит предотвратить повторение подобных катастроф в будущем.

АВТОНОМНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Даже самая эффективная реконструкция экосистемы не во всех случаях дает полностью положительный результат. Почему? Потому что любая реконструкция - это предотвращение последствий, а причины остаются без изменений. Предотвращение з агрязнения реки Лиелупе путем строительства очистных сооружений еще не устраняет причину образования самих загрязнений. Какие бы эффективные очистные сооружения мы ни установили, полностью очистить сточные воды невозможно. Вода не станет такой же чистой, какой была в реке до того, как ее взяли для использования. Через сточные коллекторы в реку будет поступать вода, хотя бы незначительно загрязненная. Возможно на первых порах это не приведет к серьезным последствиям, но через длительное время, в течение которого загрязнения будут накапливаться, изменения начнутся и можно предположить, что экосистема медленно, но будет разрушаться.

Так что же делать? Выход только один - создавать автономные технические системы или технику замкнутого цикла.

АВТОНОМНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ - это технические конструкции, которые работают на ограниченном использовании природных ресурсов, перерабатывая собственные отходы.

Создание автономных технических систем (АТС) - это задача ближайших десятилетий. Промедление в этом вопросе недопустимо, мы уже живем в эпоху экологического кризиса. Автономность технической системы следует понимать как независимость о т природы. Конечно, сразу построить технические системы, полностью автономные от природы, невозможно, еще длительное время они будут использовать природные ресурсы: воду, воздух, полезные ископаемые. Но можно уже сейчас резко снизить потребляемое количес тво этих ресурсов.

В перспективе перед инженерами стоит задача создания технических систем, использующих в качестве сырья отходы как промышленные, так и бытовые. Второе важнейшее направление -резкое снижение бытовых и промышленных отходов. Если вним ательно присмотреться к экосистемам , то у них не бывает отходов, которые бы выбрасывались в другие экосистемы. Таким образом, в природе в течение многих сотен миллионов лет созданы безотходные технологии. Научиться у природы и построить аналогичные техн ические системы - автономные или замкнутые - вот цель, достойная человечества. Достижение этой цели позволит не только сохранить природу, частью которой является и сам человек, но и значительно усовершенствовать технику. Что же сегодня делается в этом на правлении?

В США есть аквариум, представляющий собой герметически запаянный сферический сосуд, не нуждающийся в каком-либо уходе. Его обитатели - рачки, водоросли и бактерии. Это полностью автономная экосистема, отличная модель для понимания принципов построения технических систем. А вот несколько примеров первых попыток создания автономных технических систем.

Для отопления своих коттеджей многие швейцарские фермеры используют натуральное тепло грунта на собственном земельном участке. В почву укладывают на глубине одного метра сеть пластмассовых труб, заполненных рассолом. Рассол нагрев ается за счет тепла почвы и поступает в систему отопления теплиц.

В Великобритании и других странах действуют энергетические установки, вырабатывающие электроэнергию путем сжигания промышленного и бытового мусора. Остающаяся зола используется в качестве удобрения. Для этих же целей в США использ уется шелуха арахисовых орехов, что позволяет значительно экономить каменный уголь и природный газ. Из полиэтиленовых отходов в той же Америке начали изготавливать прекрасные пластмассовые доски и другие строительные материалы. Налажен выпуск мебели из п устых молочных пакетов. Это лишь несколько примеров рационального использования того, что все мы долгие годы называли отходами производства. Теперь нужно серьезно задуматься над возможностями использования отходов в качестве сырья для промышленных предпр иятий. С помощью ресурсно- поисковых экспериментов такие возможности можно найти.

Не следует думать, что построение автономных технических систем - задача, быстро выполнимая. Это не так. Для ее реализации нужны десятилетия, а может быть, и сотни лет. Но уже сегодня нужно начинать. Завтра может быть поздно.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛАНДШАФТОВ

Трудно исправлять собственные ошибки, еще трудней исправлять ошибки других. Столетиями люди строили города, промышленные предприятия, располагали агросистемы так, как им было выгодно. При этом мало кто задумывался над тем ущербом, который будет нанесен природе, когда эти системы начнут функционировать. Посмотрите, как расположены промышленные предприятия в вашем городе: рядом с ними находятся жилые дома, школы, детские площадки и парки. Часто промышленные предприятия и агросистем ы расположены недалеко от реки, чтобы удобнее брать воду и ... сливать промышленные стоки. Такое расположение технических систем разрушает ландшафты.

ЛАНДШАФТЫ - это крупные природные территории. В настоящее время происходит быстрая урбанизация - техническое обустройство ландшафтов. Следует признать, что урбанизация ландшафтов не соответствует законам экологии Коммонера. В част ности, нарушаются два важнейших: 1) все должно куда-то деваться, то есть отходы промышленных и агропромышленных предприятий должны перерабатываться и ни в коем случае не накапливаться ни на поверхности земли, ни в ее недрах (вспомним наши свалки); 2)все связано со всем, то есть, если мы используем какие-либо природные ресурсы (растения, животных, полезные ископаемые), то, чтобы не допустить нарушений природных связей, должны восстанавливать все взятое из природы - высаживать растения, восстанавливать чи сленность животных и возобновлять запасы полезных ископаемых. Последнее кажется фантастикой, однако исследования ученых показывают, что в подземных пустотах, возникающих в результате добычи полезных ископаемых, можно накапливать различные отходы, которые в определенных сочетаниях дают горючие и другие полезные вещества.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛАНДШАФТОВ - это разработка проектов урбанизации природных территорий в соответствии с законами экологии. А какие варианты размещения технических систем возможны? Таких вариантов очень много. Общие принципы размещен ия технических систем следующие: 1) использованные природные ресурсы должны искусственно восстанавливаться; 2) промышленные предприятия должны располагаться так, чтобы отходы одних служили бы сырьем для рядом находящихся других; 3) необходимо сохранять о т воздействий человека эталоны природы - заповедные территории; 4) возле промышленных предприятий должны располагаться буферные (защитные) природные зоны и ни в коем случае не жилые районы. Это лишь некоторые из принципов проектирования. А какие еще прин ципы вы можете предложить? В настоящее время разрабатываются проекты будущих городов. В 1991 году в штате Аризона на юго-западе США начат необычный эксперимент. Восемь "бионавтов" - добровольцев проведут два года в биологически замкнутой системе, пл ощадью почти 13 тысяч м2, где будут воспроизводиться основные земные процессы, необходимые для поддержания жизни. В течение двух лет бионавты будут питаться продуктами, выращенными в лаборатории, пить воду и дышать воздухом, полученным в результате много кратной регенерации в искусственной микробиосфере. Под стеклянными сводами лаборатории разместились тропические джунгли с водопадом, саванна, пустыня, мини океан с коралловыми рифами, соленой водой и настоящими волнами, а также пресные водоемы, в которых водится рыба.

Среди 3800 видов растений (бананы, орехи, пшеница, картофель, ...) здесь обитают как весьма "прозаические" (свиньи, козы), так и экзотические животные (колибри, разнообразные бабочки).

В Японии принят проект "Геограница". Начальная его стадия предусматривает строительство частными компаниями подземного помещения для электростанции. Затем предстоит соорудить подземную железную дорогу. В дальнейшем будет построен подземный городок. Он включает сооружение на глубине 110 м здания цилиндрической формы, высотой 60 м и диаметром 80 м. Здесь предстоит разместить ряд отелей, магазинов, предприятие по переработке бытовых и промышленных отходов (рис.37). И, наконец, ведут ся разработки проектов подводных и космических городов для возможных поселений людей уже в недалеком будущем (рис. 38, 39). Разработки подземных, подводных, наземных и космических биосфер несомненно нужны, но их создание не означает, что жизнь на Земле п рекратится. Наоборот, жизнь будет развиваться, и для этого необходимо научиться экологически правильно проектировать ландшафты.
Проект подводно-надводной биосферы.
Проект космической биосферы.

ПРОЕКТНЫЕ РАЗРАБОТКИ

Практическая работа N23. Проектирование агросистем

Вариант 1. Проектирование охраняемой территории

Методика работы.

1. Используя результаты экспертизы, материалы из Красной книги и периодической печати о распространении охраняемых растений и животных в вашем крае, определите возможные участки в городе или его окрестностях для проектирования охр аняемой территории.

2. Разработайте проект охраняемой территории, в которой должны быть: 1) охраняемая зона; 2) зона отдыха и просвещения; 3) буферная зона.

3. Составьте предложения по снижению антропогенных воздействий на охраняемую территорию.

Вариант 2. Проектирование замкнутой агросистемы.

Методика работы.

1. Используя результаты экспертизы агросистемы, определите участки для реконструкции.

2. Разработайте проект реконструкции агросистемы с целью преобразования технологического процесса в ней по замкнутому (автономному) циклу. Для этого продумайте варианты, при которых уменьшится внесение в агросистему любых веществ и вынесение из нее отходов.

3. Составьте предложения по снижению антропогенных воздействий на агросистему.

Вариант 3. Проектирование санитарного лесопарка

Методика работы.

1. Используя результаты экспертизы участка санитарного леса, определите территории для реконструкции.

2. Разработайте проект реконструкции санитарного леса в лесопарк, в котором должны быть: 1) охранная лесная зона; 2) лесной парк для отдыха людей; 3) буферная зона.

3. Составьте предложения по снижению антропогенных воздействий на зону лесопарка.

Практическая работа N24. Проектирование техносистем

Вариант 1. Проектирование автономного промышленного объекта (с замкнутым производственным циклом)

Методика работы.

1. Используя результаты экспертизы промышленного объекта, определите производственные участки для реконструкции.

2. Разработайте проект реконструкции производственных участков, в котором: 1) уменьшено потребление природных ресурсов, для производства используются отходы; 2) налажена переработка отходов; 3) введены дополнительные системы очист ки отходов.

3. Составьте предложения о возможностях совмещения данного промышленного объекта с другими для переработки отходов производства.

Вариант 2. Проектирование регенерационных реакторов для комплекса утилизации

Методика работы.

1. Используя результаты регенерационных и ресурсно-поисковых экспериментов, составьте модель линии утилизации бытовых и промышленных отходов.

2. Разработайте проект регенерационных установок, в которых должны быть: 1) реакторы для уничтожения ядовитых веществ; 2) реакторы для разделения веществ; 3) реакторы для получения тепла. Кроме этих могут быть и другие реакторы.

3. Составьте предложения о возможностях использования отходов, поступающих на свалки в промышленном производстве.

Вариант 3. Проектирование жилого района.

Методика работы.

1. Используя результаты экспертизы жилого района, определите участки для реконструкции.

2. Разработайте проект реконструкции жилого района, в котором должны быть: 1) дополнительные зеленые зоны; 2) предложения по озеленению зданий; 3) предложения по уменьшению автомобильного движения; 4) предложения по использованию бытовых отходов.

3. Составьте предложения по уменьшению антропогенных воздействий на жилой район.

Практическая работа N25. Проектирование объекта по выбору

Задание

Выберите объект, разработайте проект его реконструкции и составьте предложения по снижению антропогенных воздействий на его территории.

ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Составление комплексной схемы экологического состояния одной из экосистем или городского района.
2. Наблюдения за состоянием воздуха по биоиндикаторам.
3. Наблюдения за экологическим состоянием береговой линии.
4. Составление экологической характеристики района добычи полезных ископаемых в своем крае.
5. Сбор и сравнительное изучение коллекций растений одного вида из различных районов города.
6. Составление описаний экологически опасных зон в городе.
7. Составление описаний природоохранных экспозиций в центрах культуры (музеи, выставки).
8. Изготовление и сравнительное изучение почвенных монолитов из различных районов.
9. Наблюдение за состоянием растений в городских парках.
10. Наблюдение за экологическим состоянием участка леса в санитарной зоне города.
11. Экспертиза района будущей новостройки.
12. Экспертиза на границе водоема и агросистемы.
13. Экспертиза окрестностей водозабора.
14. Экспертиза экологически опасных районов.
15. Экспертиза окрестностей транспортных узлов.
16. Экспертиза окрестностей природоохранной зоны.