Решение задач по специальности «Ресурсосбережение»

Практическое занятие №3 Глобальные проблемы ресурсосбережения энерго- и ресурсосбережению. Решение задач. Алгоритм выполнения практического задания: 1 Изучить теоретический материал по учебникам и учебным пособиям, по теоретическому материалу, представленному в практической работе. 2 Выполнить задание 3 Задать вопросы преподавателю в форуме Теоретический материал Задача № 1 Площадь суши 15*107 км2, леса занимают около 25% площади суши. Ежесекундно вырубается 1 га лесных насаждений. Возобновление лесов в среднем не превышает 10% от площади сведенных лесных массивов. Определить: 1 На сколько лет хватит запасов лесных массивов на планете. 2 Опишите основные функции лесов и главные последствия их интенсивного уничтожения. 1 Решение В течение года с учетом возобновления вырубается: — площадь суши, км; — доля площади суши, занимаемая лесами, км. Ответ Основные функции лесов: 1 Стабилизация круговоротов биогенных веществ (зрелые или климаксные леса ничего не производят и ничего не потребляют). 1 Стабилизация сообществ (устойчивость экосистем), почвенного слоя и потоков воды. 3 Производство первичной биологической продукции. Последствия сведения лесов: 1 Нарушение круговоротов биогенных веществ, потеря устойчивости экосистем и биосферы в целом из-за недостаточности первичной биологической продукции. 2 Увеличение содержания СО2 а атмосфере и как следствие – «парниковый эффект» из- за окисления биомассы и гумуса почв. 3 Изменение влагооборота. 4 Эрозионные потери почв. Задача № 2 Содержание О2 в атмосфере равно 1,2*1015 т. Способность биомассы производить О2 составляет 2,0*1011 т/год. Количество кислорода в атмосфере, несмотря на продуктивность биомассы, уменьшается в среднем на 1*1011 т/год. 31 октября 2011 года несколько стран заявили о рождении семимиллиардного человека планеты. Так, например, Россия заявила о его рождении в Калининграде. Средний объем легких человека составляет 4л, средняя частота дыхания равна 30 дыханий /минуту. Средний обмен газа в легких равен 30%. Содержание кислорода в воздухе составляет 21%. Плотность кислорода равна 1,3 кг/м3 . Определить:1 Вклад населения планеты ( принимая численность населения 7 млр), как отдельных потребителей кислорода в уменьшении его концентрации. Перечислите главные источники потребления кислорода, на что заменяется кислород в атмосфере. Решение Ежегодное уменьшение содержания О2 в атмосфере равно наблюдаемому уменьшению его содержания плюс способность биоты производить кислород, то есть: — количество кислорода, на которое уменьшается его содержание в атмосфере, т/год; — наблюдаемое уменьшение кислорода, т/год; — способность биомассы производить кислород, т/год. Подставляя исходные данные в формулу (1) получим: Следовательно, запасов кислорода в атмосфере, при сохранении современного уровня его потребления хватит на :- содержание кислорода в атмосфере, т/год; — — количество кислорода, на которое уменьшается его содержание в атмосфере, т/год. Подставляя данные в формулу (2) получим:Сравнивая этот результат с предыдущей задачей, делаем вывод, что живые организмы на планете исчезнут не из-за уменьшения содержания кислорода в атмосфере, а из-за отсутствия органического вещества (первичной биологической продукции). Ежеминутное потребление кислорода человеком рассчитывается по формуле:2 Ответ Источники потребления кислорода: технологические циклы производств; использование энергоресурсов; биологическая потребность в кислороде у живых существ; лесные пожары; и.т.д. Поглощаемый в процессе антропогенной деятельности человека кислород замещается в атмосфере, главным образом на СО2. Задача № 3 Поступление СО2 в атмосферу равно 7 млрд. т/год, а его содержание в тропосфере — 711 млрд.т. При отсутствии СО2 в тропосфере средняя глобальная температура на планет составляла бы 255 К, в настоящее время – 288К. По экспертным оценкам подъем средней глобальной температуры на планете на 3,6 градуса может вызвать подъем уровня Мирового океана на 5 м. Россия находится в среднем на высоте 75 м над уровнем моря. Определить: Через какой период времени жители России могут утонуть, если сохраниться существующей мощность выбросов СО2.2 Перечислите главные источники поступления СО2 в атмосферу. Решение Выброс каждого 1 млрд.т СО2 в атмосферу вызывает повышение температуры на :- глобальная температура на планете в настоящее время, К; — возможная глобальная температура на планете, при отсутствии СО2 в тропосфере, К; — содержание СО2 в тропосфере, млрд.т; — величина, на которую, повышается температура, при выбросе каждого 1 млрд.т Подставляя исходные данные в формулу (1) получим:- высота над уровнем моря, на которой находится заданная территория, м; — высота подъема уровня Мирового океана при Т, м . Подставляя данные в формулу (3) получим: Таким образом, окончательно получим, что жители России утонут при этих обстоятельствах через 166,2 года.Ответ Источники поступления углекислого газа: Среди тепличных газов наиболее существенный по вкладу в парниковый эффект (50-60%). Источники поступления углекислого газа в атмосферу можно разделить на естественные и антропогенные. Естественные выбросы — это выделение углекислого газа вулканами и живыми существами (дыхание и разложение), как часть глобального углеродного цикла. Антропогенные выбросы — результат сжигания ископаемого топлива и древесины, поскольку это до сих пор основные источники энергии, используемой человеком. Количество антропогенных выбросов углерода растет и в настоящее время составляет 5,6* 109 т в год или 10% всего количества углерода вращающегося в наземных экосистемах. Вместе с тем, способность биоты утилизировать лишний углекислый газ, падает из-за уменьшения площади лесов и антропогенной деградации планктонных сообществ океана — основных стоков углекислого газа. Самостоятельная работа Задача № 1Земельный фонд РФ составляет 1709,7 миллионов га, из них на долю лесов и кустарников приходится 46%. Известно, что 1000 га леса производит 10-12 т. кислорода ежесуточно. Определить: 1 Достаточно ли кислорода, вырабатываемого этими лесами и кустарниками для обеспечения дыхания всего населения Земли. 2 Назовите основные экологические проблемы, связанные с литосферой. Решение Площадь лесов и кустарников земельного фонда РФ составляет: S= SЗФ*(SЛК/100), где (1) SЗФ – площадь земельного фонда РФ, га SЛК – доля лесов и кустарников, % Подставляя исходные данные в формулу (1) получим: S= 1709,7*(46/100)=786,462 га Составим пропорцию. 1000га – 11т кислорода (среднее арифметическое) 786,462 га – Хт кислорода, отсюда следует: 1000*Х=786,462*11 Х=(786,462*11)/1000 Х=8,651 т. кислорода ежесуточно. Следовательно, в течении года леса и кустарники земельного фонда РФ производят 8,651т*365дн=3157,615т кислорода в год. Из задачи выше мы знаем, что для обеспечения всего населения земли кислородом необходимо 39,2 млрд.т/год. Следовательно, кислорода, вырабатываемого ежесуточно лесами и кустарниками земельного фонда РФ будет недостаточно для обеспечения кислородом всего населения Земли.2 Ответ. Основные экологические проблемы, связанные с литосферой: загрязнение химическими веществами, радиоактивными элементами, агрохимией, пестицидами и минеральными удобрениями, мусор и бытовые отходы, кислоты и аэрозоли, продукты горения, нефтепродукты, обильный полив земли, переувлажнение почвы. Большой урон почве наносит уничтожение лесов. Деревья удерживают землю, защищая ее от ветровой и водной эрозии, а также от различных воздействий. Если леса вырубаются, гибнет экосистема полностью, вплоть до почвы. На месте леса в скором времени образуются пустыни и полупустыни, что само по себе является глобальной экопроблемой. В данный момент опустыниванию подверглись территории, общая площадь которых превышает один миллиард гектаров. Состояние почв в пустынях значительно ухудшается, пропадает плодородие и возможность восстанавливаться. Задача № 2 Содержание кислорода в атмосфере Земли составляет 1,2*1015т. Общее количество кислорода, несмотря на продуктивность биомассы, в среднем уменьшается со скоростью 1011т/год. По оценкам специалистов, при содержании кислорода в воздухе порядка 17,5% человек начнет задыхаться. Определить: 1 Через сколько лет это может наступить при условии постоянства убыли кислорода. 2 Назовите основные причины снижения концентрации кислорода. 1) Решение. В настоящий момент содержание кислорода в воздухе равно 21%, исходя из этой информации составим пропорцию: 1,2*1015т = 21% Хт = 17,5%, следовательно 21Х=17,5*1,2*1015 21Х=21*1015Х=1*1015, следовательно, при содержании кислорода в атмосфере Земли в размере 1*1015т человек начнет задыхаться. Учитывая, что скорость уменьшения кислорода составляет 1011т/год, получим: 1,2*1015-(Х*1011)=1*1015 0,2*1015=Х*1011 0,2*1015-11=Х Х=0,2*104 Х=2000(лет). Следовательно, при условии постоянства убыли кислорода, человек начнет задыхаться через 2000 лет. 2) Ответ. Исследователи предполагают, что существует две возможные причины «утечки» кислорода. Первая — это эрозия, в результате которой обнажается ряд органических соединений. Предыдущее исследование показало, что в результате реакции с кислородом эти соединения «оттягивают» его из атмосферы. Вторая возможная причина — охлаждение океана, в результате которого обитающие в нем микроорганизмы начали активно потреблять кислород. Однако ученые не исключают существования и других причин, которые привели к снижению уровня кислорода. Задача №3 Содержание кислорода в атмосфере равно 1,2*1015 т.Способность биомассы производить О2 составляет 2*1011 т/год. Количество кислорода в атмосфере, несмотря на продуктивность биомассы, уменьшается в среднем на 1*1011 т/год. Определить: 1 Вклад населения планеты, как отдельных потребителей кислорода в уменьшении его концентрации в атмосфере. 2 Перечислите главные источник потребления кислорода и объясните на что заменяется кислород в атмосфере. 1) Решение и ответ. Ежегодное уменьшение содержания кислорода в атмосфере равно уменьшению его содержания плюс способность биомассы его производить Q = 2,0·1011 + 1·1011 = 3·1011 т/год. Запасов кислорода в атмосфере при сохранении современного уровня его потребления хватит на 1,2 ⋅ 1015 T =3 ————- = 4000 лет . 3 ⋅ 1011 Каждый человек ежеминутно потребляет кислорода V = 4·20·0,3·0,21 = 5,04 л/мин или V = 5,04·60·24·365 = 2 649 024 л/год = 2,65·103 м3/год. Плотность кислорода – 1,3 кг/м3. Годовое потребление кислорода одним человеком Q = 2,65·103·1,3 = 3,45·103 кг/год или 3,45 т/год. Годовое потребление кислорода населением планеты Q1 = 3,45·6·109 = 3,45 млрд. т/год. Окончательный вклад человечества в потреблении кислорода равен 3,45·109/3·1011 = 0,069 или 6,7%. Поглощенный в процессе техногенной деятельности кислород замещается в атмосфере, главным образом, на углекислый газ. Контрольные вопросы 1 Какие проблемы относятся к глобальным? 2 Чем вызвана энергетическая проблема? 3 Все ли природные ресурсы исчерпаемы? 4 Каковы причины продовольственной проблемы? 5 Какие холодильные газы вызывают уменьшение озонового слоя Земли? 6 Парниковый эффект и его последствия для человечества. 7 Перечислить основные виды антропогенных воздействий на природу. 8 Что такое загрязнение окружающей среды? 9 Виды загрязнения окружающей среды. 10 Чем вызвано физическое загрязнение? 11 Действующий фактор химического загрязнения. 12 Что является причиной биологического загрязнения? 13 Какие виды загрязнения возникают на предприятиях пищевой промышленности? 14 В чем специфика радиоактивного загрязнения? 15 К какому виду загрязнения относится шумовое воздействие? 16 В чем сущность концепции «устойчивое развитие». 17 Перечислите основные источники и стоки критериальных загрязнителей их геосфер. 18 Глобальные экологические проблемы. 19 Экологические конвенции. 20 Назовите пределы экономического роста, с позиции экологии. 21 Оцените перспективы использования в будущем каждого из возможных возобновляемых источников энергию. 22 Приведите сравнительную характеристику возобновляемых источников энергии , основные энергетические соотношения и энергетический ресурс каждого источника.