Практична робота №1 Тема: Теоретичні засади екожиття. Природнє середовище та екологічні чинники. Поняття про екосистеми та її компоненти. Визначення кількості антропогенних забруднень, що потрапляють у навколишнє середовище в результаті роботи автотранспорту Мета: сформувати уяву про екожиття як комплексне і міждисциплінарне поняття, що визначає просторово-часове положення людини в системі живої природи та їх взаємовпливи. Ознайомитися з теоретичними засадами екології її законами і методами дослідження. Сформувати загальне уявлення про середовище існування організмів. Розглянути загальне закономірності дії екологічних факторів на живі організми. З’ясувати, що таке екологічна піраміда, її типи, біологічна продуктивність екосистем. Навчитися розв’язувати екологічні задачі на продуктивність екосистем. Розглянути експрес-методику визначення ступеня забруднення атмосферного повітря токсичними речовинами, що містяться у вихлопних газах міського автотранспорту. ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ ПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ 1. Вставте пропущені слова: Екологія (від грец. «еко» - дім і «логос» - наука) – наука про дім, середовище життєдіяльності. Перше визначення екології як науки дав відомий німецький біолог Ернст Гекель у 1866 р. у праці «Загальна морфологія організмів». За Е. Геккелем екологія вивчає взаємозв'язок та взаємовплив живих організмів між собою і середовищем їх існування, до якого ми відносимо всі умови існування в широкому розумінні цього слова. Ця наука згодом трансформувалася у біоекологію, яка є основою сучасної теоретичної екології. Вивчення біосфери, її вікових і просторових складників, вплив на неї антропогенних факторів не можуть вивчатися поза людиною, людськими популяціями, людством у цілому. Екологію людини на всіх стадіях історичного розвитку цікавлять такі питання: чисельність окремих груп людей і всього людства; вікова та статева структура суспільства; рівень здоров'я людей, може визначатися середньою тривалістю життя, найбільш характерними хворобами і найбільш розповсюдженими причинами смерті; специфіка харчування людей кожної епохи, калорійність їжі, способи її приготування; тип трудової діяльності, механізми та знаряддя праці, джерела енергії, які використовували в господарстві та побуті; система розселення; культурні та гігієнічні навички. Медико – біологічний напрям досліджень екології людини вивчає: вплив природних факторів на людину, способи запобігання, протидії їм. Міждисциплінарний (комплексний) напрям досліджень екології людини крім екологічних враховує також природниі, бере до уваги і соціокультурні чинники. 2. Продовжити речення: Об'єктом екології людини є система «людина - навколишнє середовище», або антропоекосистема, що є територіальною системою, в межах якої однотипна (сільська , міська тощо). Предметом екології людини є вивчення взаємодії людського організму і людської популяції із середовищем їх існування як цілісної системи. 3. Розгляньте таблицю «Методи екологічних досліджень» і встановіть відповідність між методами екологічних досліджень і їх описом. Метод дослідження 1. Спостереження 2. Моделювання 3. Експеримент 4. Моніторинг 5. Аерокосмічний 6. Картографічний 7. Прогнозування 8.Метод математичної статистики 1 З Характеристика А. Це метод, при якому вивчається не сам природний об'єкт, а його відображення — модель (наприклад акваріум). Б. Це система послідовних дій у штучно створених екосистемах із метою вивчення різноманітних закономірностей, які можуть у них відобразитися В. Це опис можливих подій у майбутньому Г. Це метод, який дозволяє оцінити в динаміці всі процеси, що відбуваються в локальному, регіональному чи глобальному масштабах Д. Це метод, який дозволяє застосовувати географічну карту для опису, аналізу й пізнання екологічних явищ Е. Це метод, який дозволяє отримувати, обробляти та аналізувати первинні матеріали, а саме: варіаційні ряди із визначенням математичного очікування, дисперсії, середнього квадратичного відхилення, отримання інтенсивних та екстенсивних показників для порівняння тощо Ж. Це комплексна система спостережень, оцінювання і прогнозу змін навколишнього середовища під впливом людської діяльності. Кінцевою метою є вирішення питань охорони природи, збереження і відтворення екосистем, здоров'я людей З. Це пасивний метод наукового дослідження, при якому дослідник не впливає на розвиток подій 2 А 4. Питання для аналізу Визначенн я поняття 3 Б 4 Е 5 Г 6 Д 7 В 8 Ж Користуючись літературою, заповніть таблицю СТРУКТУРА СУЧАСНОЇ ЕКОЛОГІЇ біоеколо геоекологія соціоекологія техноекологія гія частина біології, що вивчає відносини організмів (особин, розділ географії, який вивчає геосистеми різних ієрархічних рангів — до біосфери включ це науковий базис перспективної раціоналізації взаємодії суспільства та розділ екології, який вивчає джерела і можливий вплив технологічної діяльності на довкілля Складаєть ся із таких розділів популяцій , біоценозів тощо) між собою та з навколиш нім середови щем но; науковий напрямок, що розвивається на стику біоекології і наук про Землю Аутеколо гію, демеколог ію, синеколог ію Атмосфери, гідросфери, грунту-літосфери, гео-аномальних зон Взаємозв’ язок з іншими науками молекуля рна біологія, морфологі я, фізіологія, генетика, теорія еволюції, ембріологі я ландшафтна екологія, геологічна екологія, екологічні аспекти природи, вона вивчає специфічні закономірності і формулює принципи та методи оптимізації цієї взаємодії, що є зацікавленням усієї цивілізації Соціологія куль тури Соціологія реліг ії Соціологія політ ики Соціологія праці й управління Соціологія дозві лля Соціологія освіт и Соціологія вихо вання Соціологія рекл ами соціологією освіти, соціологією знання, філософією енергетика, промисловість, сільське господарство, транспорт, військова справа екологічна стандартизація, екотехніка 5. Пригадайте структуру загальної екології залежно від розміру об’єктів вивчення. На основі цієї класифікації заповніть таблицю. Класифікація структури біоекології Розділ біоекології Екологія організмів або аутекологія Популяційна екологія або демекологія Зміст Взаємодія між окремими організмами і факторами середовища існування Вивчає динаміку чисельності популяцій, внутрішньопопуляційні угрупування і їх взаємовідносини Екологія угруповань або синекологія Екологія екосистем (біогеоценозів) або екосистемологія чи біогеоценологія Екологія біосфери або біосферологія Аналізує стосунки між особинами, що належать до різних видів одного угруповання організмів, а також між ними і оточуючим середовищем Дуже складні об'єднання популяцій рослин, тварин і мікроорганізмів і біоценотичних середовищ, що утворилися під їх впливом, їх трофічні відносини, складні підсистеми вивчає виникнення, еволюцію, структуру та механізми функціонування біосфери 6. Опрацюйте інформаційні джерела за темою «Історія розвитку екологічної науки”. Заповніть таблицю. Етапи розвитку екології № з/п 1 2 Назва етапу Розвиток взаємодії людини і природи в епоху ранніх форм культури і стародавніх цивілізацій Накопичення фактичного матеріалу античними вченими. Середньовічний науковий застій 3 Великі географічні відкриття і колонізація нових країн в епоху Відродження 4 Ботаніко-географічні відкриття кінця ХVІІІ ст. – першої половини ХІХ ст. Тривалість Основні події, що вплинули на розвиток етапу екологічної науки від н.е., до I Розробка посіву та збору диких і ст. культурних рослин, способи обробки землі, птахів і звірів від I-III ст. Аристотель створив школу і при ньому до н.е. до сад. В «Історії тварин» він описав понад XIV ст. н.е. 500 видів тварин, класифікуючи їх за способом життя; Теофраст описав 500 видів рослин, його праці «Про каміння», «Про вогонь», «Про смаки», «Про втому», «Про прикмети погоди», «Характери», «Підручник риторики»; Пліній старший «Філософія природи» від XIV і Карл Лінней створив таксономічну XVI ст. систему тварин і рослин, його праця «Види рослин»(1753); А. Цезальпін (1509—1603), Д. Рей (1623—1705), Ж. Турнефор (1656—1708), відзначали залежність рослин від умов середовища і місць зростання. Жорж Леклерк Бюффон (1707—1788) в «Природній історії» писав про вплив клімату на тваринні організми, Жан Батист Ламарк (1744—1829) відкрив еволюцію життя. кінець На початку XIX ст. виділяються в XVIII — самостійні галузі екологія початок рослин і екологія тварин. Вчені цього XIX ст. часу аналізували закономірності організмів і середовища, взаємовідносини між організмами, призвичаюваність і пристосованність 5 Виникнення і формування екології як самостійної науки з початку XIX століття до другої половини (1866 р.) XIX століття 6 Зародження системної концепції змісту науки екологія з другої половини (1866 р.) XIX до середини (1936 р.) XX століття. 7 Розвиток екології 40-70 рр. XX ст сучасної Рульє в своїх працях (160 робіт) заклав основи екології тварин, поставив проблеми адаптації, міграції, мінливості, ввів поняття «стація». Він ближче всіх підійшов до еволюційної теорії Дарвіна, але прожив всього 44 роки … Його ідеї розвинув учень М. О. Сєвєрцев (1827— 1885), який опублікував в 1855 р. роботу «Періодичні явища в житті звірів, птахів і плазунів Воронезької губернії» формування концепції біоценозів, як багатовидових угруповань. У 1877 р. німецький гідробіолог К. Мебіус; Вчення про рослинні угруповання, завдяки працям С. І. Коржинського (1861—1900) і Й. К. Пачоського (1864—1942) виділилося в фітосоціологію, або фітоценологію, пізніше в геоботаніку. Виключно великі заслуги В. В. Докучаєва (1846—1903); У 1926 р. було опубліковано книгу В. І. Вернадського «Біосфера», в якій вперше показано планетарну роль біосфери, як сукупності всіх видів живих організмів англійський ботанік А.Дж. Тенслі ввів поняття екосистеми, і цей рік прийнято вважати роком народження загальної екології як науки, об'єктом якої є не тільки окремі види і популяції видів, а й екосистеми, в яких біоценози розглядаються з біотопами, як єдине ціле; А. Тенслі, В. М. Сукачов в 1942 р., слідуючи Г. Ф. Морозову, розробив систему понять про лісовий біогеоценоз, як про природну систему, однорідну за всіма параметрами 7. Опишіть внесок та напямки роботи українських вчених, які зробили найбільший внесок у розвиток української екологічної школи та заповніть таблицю УКРАЇНСЬКА ЕКОЛОГІЧНА ШКОЛА Прізвище Внесок у розвиток екології та напрямки роботи науковця науковця В.В.Доку чаєв (18461903) 1894 роках на запрошення Полтавського губернського земства очолював експедицію, що вивчала ґрунти, рослинність і геологічні умови Полтавщини В.І.Верна дський (18631945) Організатор та директор Радієвого інституту (1922—1939), Біохімічної лабораторії (з 1929 року; зараз Інститут геохімії й аналітичної хімії імені В. І. Вернадського РАН). Збагатив науку глибокими ідеями, що лягли в основу нових провідних напрямів сучасної мінералогії, геології, гідрогеології, визначив роль організмів у геохімічних процесах. В.В.Станч инський (18821942) стояв на межі великого синтезу генетики, еволюції та екології, але не був зрозумілий сучасниками. Він перший прийшов до ідеї створення біосферних заповідників та проведення в них моніторингу, розробляв теорію екологічної диференціації, набагато раніше за інших зробив висновок, що акліматизація заснована на генетичному потенціалі, на 10 років випередив американських вчених у вимірі динаміки маси видової речовини в біоценозах, пішов далі академіків П. П. Сушкина і М. О. Мензбіра в зоогеографії, висловивши думку, що клімат безпосередньо впливає на поширення видів птахів, одним з перших вирішив, що степ є найбільш вдалою лабораторією для вивчення екологічних законів, винайшов спеціальний прилад — біоценометр І.Г.Підоп лічко (19051975) Засновник Українського теріологічного товариства, перший і на довгі роки незмінний головний редактор журналу «Вестник зоологии». Засновник і прихильник теорії антигляціалізму П.С.Погр ебняк (19001976) За 10 років свого існування (1946—1956 рр.), ( Всесоюзному науководослідному інституті лісового господарства та агролісомеліорації в Харкові), (там він працював), Інститут виконав чимало актуальних теоретичних досліджень з питань лісівництва, лісового ґрунтознавства, екології й фізіології деревних рослин, лісових культур, розв'язав на теоретичних засадах ряд актуальних практичних проблем. Голова Українського товариства охорони природи у 1950—1962 роках. М.Г.Холо дний (18821953) Засновник вітчизняної школи фізіології рослин. Автор понад 200 праць, присвячених різним питанням фізіології, анатомії та екології рослин, філософським пробл емам природознавства, мікробіології та ґрунтознавства. Основоположник фітогормональної теорії тропізмів, що пояснює ростові рухи рослин. М.А.Голу бець (19302016) 1960 — захищає дисертацію на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук. 1969 — захищає дисертацію «Ялинові ліси Українських Карпат», за результатами захисту якої здобуває науковий ступінь доктора біологічних наук за спеціальністю 094 — ботаніка. Сосонко (народ. 1933р.) є автором 500 наукових праць (у тому числі 34 монографії, 5 винаходів). Юрій Романович — член ученої ради Інституту ботаніки ім. М. Г. Холодного НАН України, редколегії «Українського ботанічного журналу», видань «Екологія і ноосферологія», «Ґрунтознавство» та ін. Під керівництвом Юрія Романовича видано серію монографій, присвячену заповідникам України, а також першу у світі Зелену книгу України, у якій зведено відомості про сучасний стан рідкісних, таких, що перебувають під загрозою зникнення, і типових природних рослинних угруповань які підлягають охороні 8. Знайдіть відповідність між твердженнями та аксіомами Б.Коммонера A. "Все повязано з усім" B. "Все повинно кудись діватись" C. "Ніщо не дається задарма" D. "Природа знає краще" 1. У біосфері завжди спостерігається кількісний баланс швидкостей синтезу живої речовини та її розкладання, що свідчить про високий ступінь замкненості колообігу речовини у біосфері. 2. Не існує безкоштовних ресурсів. Все, що було взято людиною з природи має бути компенсовано. Будь-яке надбання в еволюції системи обов'язково супроводжується втратою деякої частини минулого надбання і виникненням нових, більш складних проблем. 3. І природа, і суспільство перебувають в єдиній мережі системних взаємозв'язків. Наприклад, все живе на Землі залежить від єдиного потоку сонячної енергії, від його ритмів. Глобальні кругообіги речовин, вітри, океанічні течії, міграції птахів і риб, переноси насіння і спор, діяльність людини - все це зв'язує простір, віддалені екосистеми і надає біосфері цілісності. 4. Все, створене природою, пройшло надзвичайно жорсткий конкурс на місце в біосфері впродовж тисяч і мільйонів років природного добору та адаптацій. При цьому головним критерієм добору було вписаність у глобальний біотичний колообіг, збільшення його ефективності, заповнення всіх екологічних ніш. А В С D 3 1 2 4 9. Користуючись літературою заповніть таблицю – властивості середовищ існування організмів Середовище існування Водне Властивості середовища Наземноповітряне Достатня кількість світла та повітря; зволоженість і температура повітря не сталі, періодично виникає нестача води (температура змінюється упродовж доби і протягом року); кількість вологи залежить від опадів; тварини в наземно-повітряному середовищі для орієнтації у просторі використовують органи зору, слуху, нюху; тваринам наземно-повітряного середовища властиві різні способи переміщення. Вони бігають за допомогою кінцівок, стрибають, повзають, літають. Грунтове Вода і повітря містяться в порожнинах між часточками ґрунту, склад ґрунтового повітря відрізняється від атмосферного, немає впливу світла, його вологість завжди вища, ніж повітря, характерна незначна амплітуда добових і річних коливань температур Температура, рельєф дна, солоність, щільність, газовий режим, тиск Живі організми ріст, розвиток, подразливість живлення, дихання, освітленість, розмноження, 10. Пригадайте закономірності впливу екологічного фактора, що діє за принципом градієнта, на живі організми. Підпишіть, не позначені на графіку елементи. Відповідь: фактори самі по собі ніяк не діють. За своєю природою вони змінні і мають певну шкалу виміру: температуру вимірюють у градусах, вологість - у відсотках водяної пари, освітленість - в люксах, солоність - у проміле, тиск - в мілібарах, кислотність ґрунту (води) - водневим показником тощо. Саме це підкреслює те, що фактор діє з певною силою, кількість якої можна виміряти. 11. Користуючись літературою, заповніть таблицю – порівняння понять «Екосистема» та «Біогеоценоз» № Угруповання Що спільного Чим відрізняються Приклади з/п екосистем - стабільний 1 Біогеоценоз – це Екосистема і Термін «біогеоценоз» видовий склад функціональне вживається лише стосовно біогеоценоз в поєднання на природних співтовариств, в (наприклад, кратері вулкана часто певній екосистему включені Нгоронгоро однорідній розглядаються, Біосфера, Людина та її проживають ділянці земної як синоніми. леви, антилопи, вплив на інші поверхні живих Спільне у цих компоненти співтовариства. слони, носороги і істот і зебри. Введення в поняттях є середовищ цю западину їхнього коней, верблюдів популяції видів, чи тигрів може існування, між які входять до порушити якими, а також складу певного сформований між ними і біогеоценоз); біоценозу, тісно навколишнім - біомаса – біотичним та пов’язані не кількість абіотичним лише між організмів середовищами продуцентівсобою, а й з відбувається консументівобмін умовами редуцентів, речовиною та виражене в фізичного енергією. одиницях маси середовища (наприклад, життя (тобто збільшення або зменшення неживою кількості/маси природою). консументів-левів може привести до Зокрема, вони дістають з довкілля речовини, необхідні для забезпечення їхньої життєдіяльності та виділяють туди продукти обміну речовин. Так угруповання організмів утворюють із фізичним середовищем життя єдину функціональну систему екосистему. 2 Екосистема це сукупність живих організмів, що обмінюються безупинно енергією, речовиною й інформацією один з одним і з навколишнім середовищем. Енергію визначають як здатність робити роботу. Термін «екосистема» частіше вживається у вітчизняній науці. Поняття «екосистема» має ширше значення, ніж «біогеоценоз». деградації всього співтовариства; продуктивність); - стійкість (система з даними видовим та кількісним складом здатна існувати тривалий відрізок часу); - здатність до саморегулювання (при непередбачених обставинах (ураган, землетрус, епідемія) видовий і кількісний склад здатний швидко відновитися – повернутися до вихідних параметрів); - система бере участь у загальному круговороті речовин у природі. - підстильні гірські породи, які, руйнуючись, включаються в круговорот неорганічних речовин; - клімат і його основні характеристики: температура і вологість; - органічні сполуки, отримані шляхом фотосинтезу і хемосинтезу; - продуценти, що перетворюють біотичні і абіотичні фактори в життєву енергію; - консументи різних рівнів; - редуценти, які розкладають органіку і повертають її в глобальний колообіг речовин на Землі; -продуктивність, стійкість і стабільність екосистеми може творити і регулюватися людиною. Користуючись літературою розкрийте роль продуцентів, консументів та редуцентів в колообігу екологічної системи, заповнивши таблицю – РОЛЬ ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ У БІОЛОГІЧНОМУ КОЛООБГУ РЕЧОВИН ЕКОСИСТЕМИ Екологічні Їхня роль в колообігу речовин Приклади організмів групи живих екосистеми організмів організми, які дуб, малина, суниця, Продуценти 12. продукують органічні речовини із неорганічних сполук. Організми, які здатні до фотоабо хемосинтезу бузина, яблуня, ліщина Консументи гетеротрофні та геозидальні організми, що одержують енергію за рахунок споживання готової органічної речовини тарган, ведмідь, щур, білка, лисиця, миша, заєць, кабан Редуценти група організмів, які розкладають залишки відмерлих істот, наприклад, рослинні залишки або трупи тварин, перетворюючи їх знову у вихідне сировину вода, мінеральні речовини і вуглекислий газ), придатний для продуцентів, що перетворюють ці складові частини знову в органічні речовини. Бактерії гниття, цвілевий гриб, жук-гнойовик 13. Опрацюйте теоретичний матеріал про кругообіг речовин в біосфері за літературними джерелами і заповніть таблицю – ХАРАКТЕРИСТИКА КРУГООБУГУ РЕЧОВИН В БІОСФЕРІ. Хімічни й елемент Карбон Місця акумулювання Роль живих Наслідки антропогенного організмів в втручання в кругообіг кругообігу входить до складу всіх органічних речовин, а тому його кругообіг найпоширеніший у природі Оксиген Фотосинтез — це складний процес, який відбувається у зелених листках рослин на сонячному світлі. У результаті з вуглекислого газу CO2 і води H2O утворюють ся органічні речовини і виділяється кисень. Нітроге н в основному зосереджений в атмосфері, де його Він здійснюється за допомогою трьох груп організмів: продуцентів, консументів, редуцентів. Органічна речовина синтезується зеленими рослинами в процесі фотосинтезу з СО2 атмосфери, вміст якого становить лише 0,03-0,04 %. Якби СО2 не поповнювався за рахунок надходження із Землі, то його запаси вичерпалися б за 435 років Вуглекислий газ і вода поглинаються зеленими листками рослин,і під дією світла, за допомогою хлорофілу, що міститься у хлоропластах, знову утворюються органічні речовини, поповнюючи атмосферу киснем. У кругообігу сполук Нітрогену надзвичайно Швидкі зміни вмісту СО2 в атмосфері, внаслідок якого відбувається так званий парниковий ефект (нагрівання атмосфери інфрачервоним промінням завдяки вмісту в ній СО2), може призвести до перегрівання географічної оболонки промислове виробництво різноманіт них речовин і матеріалів; спалювання різних видів палива; побутові й промислові відходи; пожежі і діючі вулкани під час їх виверження – усе це приводе до меньшого об’ємукисню у повітрі Частина Нітрогену, який «виробляється» в густозаселених районах, у прісних водах і Фосфор Сульфу р частка становить велике значення близько 78 % належить мікроорганізмам і нітрогенфіксатора м, нітрофіксаторам, денітрофіксаторам . Лише завдяки їм елементарний Нітроген з повітря надходить до ґрунту. Найбільшу роль у цих процесах відіграють бульбочкові бактерії, які тісно «співпрацюють» з бобовими рослинами Первинне джерело - Внаслідок фосфорні сполуки, які повільного містяться у вивітрювання материнській породі. апатитів наступає Найважливіших вивільнення мінералів - апатити Фосфору й утворення в ґрунтах різних фосфорних сполук, які внаслідок ерозійних процесів виносяться водотоками в моря, забезпечуючи розвиток їхнього фітопланктону. Геохімічний цикл Як відомо, Сульфуру близько 50 % відзначається Сульфуру різноманітністю потрапляє в процесів, передусім атмосферу за тих, які відбуваються рахунок її в ґрунті та відкладах, біологічних де сконцентрований перетворень у досить великий ґрунті і воді, в яких резервний фонд, провідну роль меншою мірою — в відіграють атмосфері мікроорганізми. До того ж кожний мілководних морях, виноситься у глибинні океанічні відклади й залишається там, випадаючи на мільйони років із кругообігу. Ці втрати компенсуються надходженням Нітрогену в повітря з вулканічними газами. діяльність людини спричинює посилення втрат Фосфору, що знижує досконалість його обігу в біосфері, але завдяки міграційним процесам кількість фосфору повертєеться. Для кругообігу Сульфуру характерним є те, що в надходженні сульфурних сполук до атмосфери природні екосистеми відіграють більш важливу роль, ніж антропогенна діяльність їхній вид виконує певну реакцію — окиснення або відновлення. ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА Завдання 1. Температурний фактор є одним із найбільш значущих у природі. На рисунку 2. зображений графік залежності чисельності особин колорадського жука від температури навколишнього середовища. Вкажіть: а) температуру, оптимальну для даного виду 25⁰; б) межі витривалості виду 10⁰-40⁰; в) діапазон температур зони нормальної життєдіяльності 15⁰-35⁰; г) діапазон температур для зон пригнічення 5⁰-15⁰ і 40⁰-45⁰; д) дві критичні точки 5⁰ і 45⁰. Завдання 2. Розгляньте вплив антропогенного фактора на прикладі впливу діоксиду сульфуру на здоров’я людини. Найбільша катастрофа, викликана смогом, відбулася в Лондоні в 1952 р. Велика забрудненість повітря димом і кіптявою тривала протягом декількох днів і викликала у людей отруєння зі смертельними наслідками. Середньодобові концентрації забруднюючих речовин і кількість померлих під час Лондонського смогу в 1952 році (Beaver, 1954) Дата Кількість померлих осіб Концентрація SO2, мг/м3 1.12 250 230 2.12 300 220 3.12 320 210 4.12 280 200 5.12 410 250 6.12 595 350 7.12 900 420 8.12 915 500 9.12 800 410 10.12 580 385 11.12 570 380 12.12 510 350 13.12 520 345 14.12 490 330 15.12 480 320 16.12 470 310 Побудуйте графік (основна вертикальна вісь значень – кількість померлих, осіб, допоміжна вертикальна вісь значень - концентрація діоксиду сульфуру в атмосфері, мг/м3; горизонтальна вісь категорій – дата). Розрахунки подайте у вигляді табл. Рис. 3. Розподіл значень за показниками смертності та концентрації діоксиду сульфуру під час Лондонського смогу. Завдання 3. Складіть ланцюги живлення з наступних елементів: 1) озима пшениця; 2) гельмінти; 3) комахоїдні птахи; 4) дощовий черв’як; 5) яструб; 6) личинки мух; 7) сонечко; 8) людина; 9) мертва тварина; 10) липа широколиста; 11) вуж; 12) бактерії; 13) гусінь; 14) трав’яна жаба; 15) лісовий опад. 1 ланцюг - 12) бактерії, 2) гельмінти, 8) людина; 2 ланцюг - 9) мертва тварина, 15) лісовий опад, 4) дощовий черв’як, 11) вуж; 3 ланцюг - 11) вуж, 1) озима пшениця, 13) гусінь, 3) комахоїдні птахи; 3 ланцюг - 10) липа широколиста, 6) личинки мух, 14) трав’яна жаба, 5) яструб. Завдання 4. Виберіть піраміду чисел, яка відповідає наступному харчовому ланцюгу: трава – травоїдний ссавець – блоха – джгутикове найпростіше. Піраміди чисел Позначення: П – продуценти; К-1 – консументи 1-го порядку (травоїдні); К-2 – консументи 2-го порядку (первинні хижаки); К-3 – консументи 3-го порядку (вторинні хижаки). Відповідь: це варіант «Г». Завдання 5. Розв’яжіть задачі на біопродуктивність, використовуючи правило Ліндемана (правило 10%) та керуючись рекомендаціями до розв’язання. Пам’ятайте, що обчислення біомаси слід здійснювати в сухій речовині. Задача №1: Використовуючи правило екологічної піраміди, визначте площу (у м2) відповідного біогеоценозу, на якій може прогодуватися вовк масою 55 кг. Біомаса рослинності лісу становить 2000 г/м2. Візьміть до уваги, що масова частка води в організмі становить 70 % від загальної маси. Розв’язання: 1) Визначте відсоток сухої маси вовка (у %) 100% - 70% = 30% 2) Визначте суху масу вовка (у кг від ваги тіла) 55кг × 0,3 =16,5кг 3) Складіть трофічний ланцюг за участі вовка та рослинності. 1650кг 165кг 16,5кг 4) На підставі правила екологічної піраміди визначте суху масу рослин, які починають трофічний ланцюг (у кг) трав’янисті рослини-парнокопитні-вовк 5) Виходячи з відомої продуктивність рослинності лісу (2000 г/м2, або 2 кг/м2), знайдіть площу лісу, на якій може прогодуватися вовк (у м2). 𝟏м𝟐 -2000г(2кг) х-1650кг х-825м𝟐 Відповідь: Площа лісу, на якій може прогодуватися вовк вагою 55 кг, становить 825м𝟐 . Задача №2: Розрахуйте (в га) площу ділянки степу, необхідного для нормальної життєдіяльності орла масою 5 кг, якщо продуктивність 1 м2 території становить 200 г рослинної маси, а вміст води в ній – 65%. Запропонуйте харчовий ланцюг із 4-х ланок. Розв’язання: 1) харчовий ланцюг: рослини, ховрах, вуж, орел 5000кг – 500кг – 50кг – 5кг 2) визначаю «суху» масу рослин за формулою: m=5000*(100-65)/100=1750(кг). 3) розраховую площу ділянки степу за формулою: S=1750кг / 0,2кг/м𝟐 =8750м𝟐 =0,875 га. Відповідь: Площа 0,875 га (при 4 ланках). Завдання 6. Визначити кількість забруднень, що потрапляють у навколишнє середовище в результаті роботи автотранспорту. Суттєвою складовою забруднення повітряного середовища міст, особливо великих, є вихлопні гази автотранспорту, які в ряді столиць світу та країн СНД, містах-курортах складають 60-80% від загальних викидів (для порівняння: частка забруднення в викидах парникових газів - приблизно 10%, в скидах шкідливих речовин зі стічними водами - близько 3%). Багато країн, у тому числі й Україна, приймають різні заходи щодо зниження токсичності викидів шляхом кращого очищення бензину, заміни його на більш чисті джерела енергії (газове паливо, етанол, електрика), зниження свинцю в добавках до бензину. Проектуються більш економічні двигуни з більш повним згорянням пального, створення в містах зон з обмеженим рухом автомобілів та ін. Незважаючи на вжиті заходи, з року в рік зростає кількість автомобілів, і забруднення повітря не знижується. Відомо, що автотранспорт викидає в повітряне середовище більше 200 компонентів, серед яких чадний газ, вуглекислий газ, оксиди азоту і сірки, альдегіди, свинець, кадмій і канцерогенна група вуглеводнів (бензопірен і бензоантроцен). При цьому найбільша кількість токсичних речовин викидається автотранспортом в повітря на малому ходу, на перехрестях, зупинках перед світлофорами. Так, на невеликій швидкості бензиновий двигун викидає в атмосферу 0,05% вуглеводнів (від загального викиду), а на малому ходу - 0,98%, окису вуглецю відповідно 5,1% і 13,8%. Підраховано, що середньорічний пробіг кожного автомобіля 15 тис. км. В середньому за цей час він збіднює атмосферу на 4350 кг кисню і збагачує її на 3250 кг вуглекислого газу, 530 кг окису вуглецю, 93 кг вуглеводнів і 7 кг окислів азоту. У таблиці 1 наведено вплив складових вихлопних газів на здоров’я людини. Таблиця 1. Вплив вихлопних газів автомобілів на здоров'я людини Шкідливі Наслідки впливу на організм людини речовини Окис Перешкоджає адсорбуванню кров'ю кисню, що послаблює розумові вуглецю здібності, сповільнює рефлекси, викликає сонливість і може стати (СО) причиною втрати свідомості і летального результату Окиси Збільшують сприйнятливість організму до вірусних захворювань азоту (типа грипу), дратують легені, викликають бронхіт і пневмонію, (NхОх) набряк легенів Сірчастий Подразнює слизову оболонку органів дихання, викликає кашель, ангідрит порушує роботу легенів; знижує опірність до простудних (SO2) захворювань, може загострити хронічні захворювання серця, а також викликає бронхіт Свинець Сприяє появі відхилень у функціонуванні статевої системи, (Pb) дефектів у новонароджених, уповільнення розвитку дітей з самого раннього віку, викликає безпліддя, спонтанні аборти та інші порушення Дана лабораторна робота дає можливість оцінити завантаженість ділянки вулиці різними видами автотранспорту, оцінити рівень забруднення атмосферного повітря токсичними речовинами, що містяться у вихлопних газах міського автотранспорту. Виберіть кілька різних ділянок автотраси завдовжки близько 100 м. Визначте число одиниць автотранспорту, що проходять по вибраній ділянці протягом 30 або 60 хв. При цьому враховуйте, скільки автомобілів певного типу (легкові, вантажні, автобуси, дизельні вантажні автомобілі) проїхало по вибраній ділянці. У тому випадку, якщо спостереження зайняло 30 хв., отриманий результат помножте на 2. Розрахуйте середнє число врахованих автомобілів для кожного типу автотранспорту в залежності від кількості обраних ділянок траси, після чого заповніть таблицю 2. Таблиця 2. Середнє число врахованих автомобілів Тип автотранспорту Всього за 1 годину Легкові 276 Вантажні 39 Автобуси 48 Дизельні 48 Кількість викидів шкідливих речовин, що надходять від автотранспорту в атмосферу, можна оцінити розрахунковим методом. Вихідними даними для розрахунку кількості викидів є: - число одиниць автотранспорту, що проїжджали по виділеній ділянці дороги в одиницю часу; - норми витрати палива автотранспортом. Середні норми витрати палива при русі в умовах міста наведені в таблиці 3. Таблиця 3. Середні норми витрати палива Автотранспорт Середні норми витрати Питома витрата палива палива (л на 100 км) Ya (л на 1 км) Легкові 8-14 0,08-0,14 Вантажні 29-33 0,29-0,33 Автобуси 41-44 0,41-0,44 Дизельні 31-34 0,31-0,34 Значення емпіричних коефіцієнтів (K ), що визначають викид забруднюючих речовин від автотранспорту в залежності від виду пального, наведені в таблиці 4. Види палива Бензин Дизельне паливо Таблиця 4. Значення емпіричних коефіцієнтів Значення коефіцієнта (K ), г/кг СО SO2 NO2 Pb 395 1,6 20,0 0,7 9,0 6,0 33,0 - CnHn 34,0 - 20,0 Коефіцієнт чисельно дорівнює кількості шкідливих викидів відповідного компонента при згоранні в двигуні автомашини кількості палива, рівного питомій витраті (л/км). Обробка результатів Розрахуйте загальний шлях, пройдений встановленим числом автомобілів кожного типу за 1 годину ( La , км) за формулою: La = Na L , (1.1) де Na – число автомобілів кожного типу; L – довжина ділянки, км; a – позначення типу автомобіля. Розрахуйте кількість палива різного виду (Qa ), що спалюється при цьому двигунами автомашин, за формулою: Qa = Ya ⋅ L ⋅ a , (1.2) де Y – питома витрата пального (л/км); L – довжина ділянки, км; a – позначення типу автомобіля. Визначте загальну кількість спаленого пального кожного виду і занесіть результат в таблицю 5. Таблиця 5. Загальна кількість спаленого пального Qa Тип автотранспорту Бензин Дизельне паливо Легкові 0,008*0,1*27,6=0,02208 0,014*0,1*27,6=0,03864 Вантажні 0,029*0,1*3,9=0,01131 0,033*0,1*3,9=0,01287 Автобуси 0,041*0,1*4,8=0,01968 0,044*0,1*4,8=0,02112 Дизельні 0,031*0,1*4,8=0,01488 0,034*0,1*4,8=0,01632 0,05307/0,07263 Всього (ΣQ) 0,01488/0,01632 Розрахуйте обсяг забруднюючих речовин, що виділилися, в літрах по кожному виду палива, перемноживши відповідні значення ΣQ та емпіричних коефіцієнтів K. Занесіть результати в таблицю 6. Таблиця 6. Обсяг забруднюючих речовин, що виділилися Види палива Кількість шкідливих речовин, л СО SO2 NO2 Pb Бензин 20,962 0,084 1,0614 0,037 Дизельне паливо 0,133 0,089 0,491 2,787 0,173 1,552 0,037 Всього (V) CnHn 1,804 -0,297 1,506 Зробіть висновок про ступінь забруднення повітря власного житлового району. Визначила кількість забруднень, що потрапляють у навколишнє середовище в результаті роботи автотранспорту. Я проживаю у місті, в спальному районі (багато автомобілів проїджає за годину). По моїм спостереженням та розрахункам ступінь забруднення мого власного житлового району СО – 2,787л., SO2 – 0,173л., NO2 – 1,552л., Pb – 0,037л., CnHn – 1,506л, - ці дані є за одну годину. Ще я рохрахувала ступінь забруднення за рік: СО – 122474,368л., SO2 – 1395,072л., NO2 – 12515,328л., Pb – 298,368л., CnHn – 12144,384л. Контрольні запитання: 1. Які речовини відносяться до забруднювачів повітря? 2. Який вклад вносить автотранспорт у забруднення об'єктів навколишнього середовища в містах? 3. Порівняйте забруднюючі речовини, що виділяються бензиновими і дизельними двигунами. Який тип палива завдає більшої шкоди навколишньому середовищу? 4. Які прямі критерії оцінки стану атмосфери ви знаєте? Відповіді на контрольні питання: 1. Тверді частики ( РМ), озон (O3), окис вуглецю (CO), діоксид сірки (SO 2), оксиди азоту (NOx), леткі органічні сполуки (ЛОС), важкі метали 2. У відпрацьованих газах двигунів автомобілів міститься більш 200 токсичних хімічних сполук, велика частина яких представляє різні вуглеводні. Через таке різноманіття і складність ідентифікації окремих з'єднань до розгляду звичайно приймаються найбільш представлені компоненти чи їхні групи. З'єднання сірки та оксиди азоту, що викидаються в атмосферу з відпрацьованими газами двигунів автомобілів, піддаються хімічним перетворенням, формуючи різні кислоти і солі. Такі речовини повертаються на землю у виді "кислотних" дощів. Зараз уже доведено, що кислотні опади наносять значну шкоду водяним е косистемам , ведуть до знищення фауни, викликають підвищену корозію металів і руйнування будівельних конструкцій. Крім того, оксиди азоту сприяють фарбуванню повітря в коричневий колір , а в сполученні з різними аерозолями викликають грязьовий туман (смог), погіршуючи видимість. 3. Я порівняла забруднуючі речовини, що виділяються бензиновими і дизельними двигунами. Насамперед, що бензиновий та й дизельний є сильними забрудниками, але бензинове пальне найгірше у 10 разів. В самому разі, краще використовувати – електричні автомобілі. 4. По агрегатному стану всі забруднюючі атмосферу речовини ділять на чотири групи: тверді, рідкі, газоподібні і змішані. Крім того, промислові викиди в атмосферу можуть класифікуватися: 1. по організації відведення і контролю (організовані і неорганізовані); 2. по режиму відведення (безперервні і періодичні); 3. по температурі (нагріті, у яких температура газопилових сумішей вище за температуру повітря, і холодні); 4. по локалізації - (в основному, допоміжному і підсобному виробництвах); 5. по ознаках очищення: ті, що викидаються без очищення (організовані і неорганізовані); ті що викидаються після очищення (організовані). Промислові викиди в атмосферу підрозділяють також на первинні і вторинні. Первинні - це викиди безпосередньо, що поступають в атмосферу від тих або інших джерел, а вторинні, будучи продуктами утворення первинних, можуть бути більш токсичними і небезпечними, ніж первинні.Типове перетворення деяких речовин - їх фотохімічне окислення.Джерела забруднення. Існують два головні джерела забруднення атмосфери: природний і штучний (антропогенний). Існує два методи визначення гранично допустимої концентрації – експериментальні і розрахункові. При експериментальному методі визначення ГДК задіяні групи піддослідних тварин (миші, щури) і при короткочасному випробуванні на спеціальних установках – люди, з числа добровольців. Встановлюють також і летальну концентрацію речовин або дозу ЛД50, при якій спостерігається загибель половини тварин і знати яку необхідно для визначення класу небезпеки речовин.Для експерименту звичайно вибирають три досліджувані концентрації одну на рівні порогу запаху для найвідчутніших людей, другу і третю концентрацію в 2-3 рази вищу і нижчу за порогову. Другий метод визначення допустимої концентрації – розрахунковий і визначається по розрахункових формулах з використанням величин молекулярних мас. Поняття про ефект сумарної шкідливої дії – це коли нормами враховують можливість дії на організм не однієї якої-небудь речовини, а декількох одночасно, оскільки різні речовини можуть надавати схожу несприятливу дію на організм. Державні стандарти та нормативи в галузі охорони атмосферного повітря Державними стандартами встановлено межі допустимої концентрації ряду речовин та їх основних сполук у атмосферному повітрі. Шкідливі речовини за ступенем дії на організм людини поділяються на 4 класи:1) особливо небезпечні;2) високо небезпечні;3) помірно небезпечні;4) мало небезпечні.Для кожної речовини, що забруднює атмосферне повітря встановлено два нормативи: максимально разова та середньодобова межі допустимої концентрації.Найбільша концентрація кожної шкідливої речовини не повинна перевищувати максимальну разову межу допустимої концентрації.Для оцінки забруднення атмосферного повітря шкідливими речовинами використовують 3 групи методів:1) лабораторні (аналітичні);2) автоматичні;3) дистанційні (лазерна локація).
