Прикладная техносферная рискология
Скачать 3.31 Mb.
|
         Министерство образования и науки РФИркутский государственный технический университет С.С. Тимофеева ПРИКЛАДНАЯ ТЕХНОСФЕРНАЯ РИСКОЛОГИЯ Учебное пособие Издательство Иркутского государственного технического университета 2014 УДК 614.841.3 ББК 38.96 Т 41 Рецензенты: канд. техн. наук, доцент кафедры экологии и БЖД ИрГУПС С.Е. Съемщиков; кафедра автотехнической экспертизы и автоподготовки ФГКОУ ВПО ВСИ МВД России Тимофеева С.С. Прикладная техносферная рискология. Биоиндикация и биотестирование : учеб. пособие. – Иркутск : Изд–во ИрГТУ, 2014. – 219 с. Учебное пособие соответствует требованиям ФГОС-3 УГС 20.04.01 «Техносферная безопасность, природообустройство» для магистрантов по направления 20.00.01 «Техносферная безопасность». В пособии освещаются теоретические и практические вопросы основных разделов дисциплины «Прикладная техносферная рискология», особое внимание уделено разделу биоиндикации и биотестирования уровней воздействия на среду обитания. Предлагаются практические работы по темам, соответствующим рабочей программе дисциплины. Приводятся методики и примеры расчетов, справочные данные. Пособие предназначено для обеспечения качественного изучения курса обучающимися в магистратуре по программам направления «Техносферная безопасность», а также может быть использовано работниками служб экологической, промышленной безопасности и охраны труда промышленных предприятий. © Тимофеева С.С., 2014 © Иркутский государственный технический университет, 2014 Введение Население России живет в условиях постоянного воздействия чрезвычайных ситуаций природного, техногенного характера, угроз антропогенного характера (террористических актов). Жертвами реализации негативных факторов среды обитания ежегодно становится более 60 тыс. и свыше 250 тыс. человек получают увечья. Главный вывод оценок негативных воздействий среды обитания на человека в настоящее время заключается в том, что компенсаторные возможности природы превысили тот предел допустимых изменений, при которых сохраняется гомеостаз биосферы. Уникальность нынешней ситуации обусловлена тем, что можно охарактеризовать эволюционным кризисом человека как биологического вида. Этот кризис проявляется в виде крайне неблагоприятных тенденций невиданных прежде глобальных проблем. Речь идет о катастрофическом загрязнении окружающей среды продуктами жизнедеятельности человека, разрастания озоновых дыр, подвергающих нашу биосферу губительному воздействию ультрафиолетовой радиации, усилению «парникового эффекта», вызванного изменением естественного состава атмосферы. Также следует отметить демографическую, энергетическую и продовольственные катастрофы, усиливающие противоречие между потребностями человечества и возможностями природной среды по их удовлетворению. Развитие системы предупреждения об опасных явлениях, способов уменьшения всех видов опасностей и смягчения последствий их проявления является одной из приоритетных задач деятельности на всех уровнях международном, государственном, региональном и местном. Однако прогнозировать опасные явления научились пока на очень малых с точки зрения проведения превентивных мероприятий временных интервалах. При этом используют данные о частотах этих событий, например данные об отказах оборудования (для разработки планово-предупредительных мероприятий), статистические данные о пожарах, наводнениях и т. д. Необходимо научится осуществлять организационно-управленческую деятельность в системе обеспечения безопасности городов, населенных пунктов и различных хозяйственных объектах в органах, подразделениях и аппаратах управления всех уровней. Именно эту цель и ставит дисциплина «Прикладная техносферная рискология». Основной задачей дисциплины является изучение следующих вопросов.
В результате изучения дисциплины магистрант должен Знать:
Уметь:
Учебное пособие состоит из трех разделов:
Издание подготовлено для магистрантов, обучающихся по программам направления подготовки «Техносферная безопасность», а также может быть полезно слушателям курсов повышения квалификации и практическим специалистам предприятий. Раздел 1. Теоретические основы прикладной техносферной рискологии 1.1. Техногенез и глобальное загрязнение Общество не может развиваться без потребления, которое основывается на хозяйственной деятельности, т. е. производстве. Исторический процесс создания человеком технических средств, технологий, производств называется техногенезом. Техногенез – материальная часть истории и эволюции человечества, обусловленная производственной деятельностью людей и вносящая в природу Земли вещества, энергию и процессы, которые изменяют и нарушают равновесное функционирование биосферы и замкнутость биотического круговорота. Данные исторической геологии убеждают в том, что участие живого вещества в глобальном круговороте вещества и энергии играло неуклонно нарастающую роль в формировании облика и динамики нашей планеты на всех этапах её эволюции. Начиная с плиоцена, около 3,6 млн. лет назад, в этот круговорот стал вовлекаться и человек. Освоив технику прямохождения на просторах Эфиопии и Танзании, наш предок австралопитек, прежде всего, изготовил каменное орудие для проламывания черепов своих соплеменников. То, вероятно, был первый трудовой акт практического использования ресурсов недр. Обретая затем в ходе эволюции все более весомый мозг, расширяя границы обитания, и последовательно совершенствуя способы добычи полезных ископаемых в каменном, бронзовом, железном веках, веках пара и электричества, человек вошел, наконец, в атомный век. С этого рубежа, человек ринулся в гонку за ядерным горючим и стал применять наиболее мощные средства разрушения недр вплоть до подземных ядерных взрывов. Так к силам природы присоединялось могущество человека и преобразования стали идти очень интенсивно. Мировой объем ежегодно перемещаемых пород в результате хозяйственной деятельности оценивается величиной около 10 тыс. км3 или 2,2∙1019 г, что почти на три порядка превышает величину суммарного естественного поступления вещества с континентов в океаны, равного 12–15 км3 (240∙1014 г/год ), определяющего естественный осадочный цикл планеты, а следовательно, и динамику её недр. Соответствующие оценки для геологического прошлого показывают, что в третичное время этот показатель не превышал 50∙1014г/год, а в плейстоцене – 100∙1014 г/год. Мощность средств антропогенного воздействия на природную среду удваивается через каждые 14–15 лет, и степень деградации ландшафтов Земли достигла уже 60 %. Энергетическая мощность образования техновещества составляет 2,21∙1027 эрг/год. Для сравнения заметим, что энергия орбитального движения Земли равна – 3∙1040 эрг, энергия её вращения – 3∙1036 эрг, потребление кинетической энергии на деформационные процессы, вызванные приливной волной – 3∙1027 эрг, среднегодовой выход энергии землетрясений и вулканов 3∙1025 и 3∙1026 эрг соответственно. Максимальные глубины искусственно созданных выемок рельефа Земли уже достигли 1 км, а наиболее высокие его отметки в виде терриконов преодолели уровень 300 м. Резко возрастают и темпы дезинтеграции литосферы. За 150–200 лет, до 1962 г., объем перемещенных грунтов для отдельных видов хозяйственной деятельности составлял 1458 км3, а за короткий период 1962–1988 гг. для тех же видов деятельности он возрос до 1800 км3. Глубина отдельных рудников достигла 3950 м, угольных шахт – 1300 м, геодинамическое влияние откачек нефти, газа и подземных вод распространяется на глубины более 6000–7000 м, а волны упругих напряжений, возбуждаемые подземными ядерными взрывами, распространяются до мантийных глубин. Интенсивная разработка месторождений нефти и газа началась на нашей планете с середины XIX века. Первые взрывы атомных бомб в атмосфере начались в 1945 г. Каждый такой взрыв возбуждал сейсмические волны в земной коре, регистрируемые приборами. С 1957 г. на нашей планете началось проведение подземных ядерных взрывов, которое приобрело широкомасштабный характер с 1964 г. К настоящему времени их осуществлено более 1500 в 90 различных регионах планеты. Каждый из таких взрывов сопровождался испарением и плавлением горных пород, образованием в них полости, возбуждал мощную ударную волну и землетрясение средней силы, а также последующие подвижки недр в виде обрушения свода полости, множества землетрясений – афтершоков (от 1000 до 2500), проявлявших свою активность на протяжении до 2–3 месяцев в радиусе от 30 до 70 километров от эпицентра ядерного взрыва, здесь, кроме того резко изменяются прочностные свойства горных пород за счет радиационных и тепловых эффектов ядерного взрыва, гидротермальной активности подземных вод и газов и т. д. Общее число землетрясений, спровоцированных на нашей планете подземными ядерными взрывами оценивается от 1 500 000 до 3 750 000. В целом техногенное вмешательство в недра Земли включает три основных эффекта: 1) аккумулятивный, связанный с заполнение естественных понижений рельефа техногенными накоплениями и образованием новых выступов рельефа в виде строительных сооружений; 2) денудационный, вызванный срезом исходных неровностей рельефа в результате горных работ; 3) тектонический, обусловленный формированием новообразованных структурных элементов земной коры, являющихся наложенными на возникшие естественным образом структурные этажи. Начало техногенезу положил первый костер, зажженный человеком. Применение огня расширило ареал человека, дополнило собирательство и охоту новыми приемами добывания, приготовления и запасания пищи, зародило возможность будущих термотехнологий. Уже в неолите возникли условия для развития ремесел и профессионального разделения труда. Но человек еще не научился трансформировать энергию огня. Это была эпоха мускульной энергетики, когда в распоряжении человека были только собственная сила, а затем и сила прирученных животных, а также простые механизмы – преобразователи мускульной силы. Начиная с VIII–XI в. к ним добавляются изобретения, использующие силы воды и ветра. Наступила эпоха механоэнергетики на возобновимых ресурсах. Технические возможности человека расширились, и одновременно усилилось его давление на природу. Уже в эпоху Возрождения (XV–XVII вв.) рост населения, развитие ремесел и торговли, городов и дорог, географические открытия и завоевания, строительство, судостроение, военное дело ускорили освоение новых земель, сведение лесов и дали мощный толчок развитию рудного дела и металлургии, а затем и машин на механическом приводе. Однако наибольшее ускорение и экологическое значение техногенез приобрел с момента появления тепловых машин и начала использования ресурсов ископаемого топлива. Еще в преддверии промышленной революции, когда уже стал ощущаться дефицит древесного топлива и требовалось повышение эффективности земледелия (XVIII в.) одноступенчатые механические преобразователи природных сил перестали удовлетворять человека. Он постоянно нуждался в концентрации энергии, в повышении ее качества, в увеличении силы и мощности, прилагаемой к объектам деятельности. Появились первые преобразователи тепловой энергии. Наступила эпоха химической теплоэнергетики на невозобновимых энергоресурсах. Как только оказалось, что созданное и контролируемое человеком изделие – машина, состоящая из топки, котла и парового двигателя, может развивать мощность многих лошадиных сил, направление общественного прогресса и дальнейших взаимоотношений человека с природой было однозначно предрешено. Недаром эпитафия на могиле Джеймса Уатта содержит слова: «...увеличил власть человека над природой...». С тех пор эта власть проявляется главным образом в потреблении природных ресурсов и загрязнении среды. Эпоха истощительной химической теплоэнергетики еще не закончилась, но уже надвинулась следующая – эпоха ядерной теплоэнергетики на невозобновимых ресурсах, грозящая еще более опасным загрязнением. История цивилизации показывает, что человек влиял на природу всегда – от истребления ряда видов живых организмов до загрязнения биосферы промышленными и бытовыми отходами (табл. 1.1). На протяжении многих столетий антропогенные воздействия не оказывали заметного влияния, хотя такие отрасли материального производства как металлургия и обработка металлов возникли до нашей эры. При изготовлении стекла, мыла, гончарных изделий, пищевых продуктов, вина в атмосферу выделялись оксиды углерода, серы, азота, пары ртути и других металлов, в водоемы сбрасывались отходы красильных и пищевых производств в количествах, не представляющих заметной опасности для окружающей среды. В средние века с развитием химии появились производства азотной и серной кислот, селитры, пороха, медного купороса, поташа. Переход от феодальной раздробленности к образованию единых государств способствовал созданию новых технологий и концентрации производства. Тогда уже отмечено промышленное загрязнение окружающей среды, например, медью и цинком, что сказывалось на здоровье жителей, исчезновении растительности. Таблица 1.1 Периоды и виды хозяйственного воздействия человека на природу
До XVIII в. основными источниками загрязнения оставались бытовые сточные воды и продукты сгорания топлива для обогрева жилищ: оксиды углерода, серы, азота, сажа, зола. Накопление отходов существенно не влияло на общую экологическую обстановку. Однако с начала первой промышленной революции загрязнение окружающей среды заметно возрастает. Изобретение паровой машины и возросшее потребление топлива приводят к резкому увеличению выбросов в атмосферу. Развитие металлургии и сопряженных с ней отраслей (добыча угля, обогащение, коксохимия) приводит к образованию сточных вод и твердых отходов. С развитием железных дорог солидным источником загрязнения воздушного бассейна становится транспорт. С появлением автомобилей и крупных ТЭС, с развитием химической промышленности, металлургии изменился состав загрязнителей. В атмосферу стали поступать значительные количества соединений свинца и ртути, аммиак, сероводород, углеводороды, альдегиды, галогенуглеводороды и др. В водоемы сбрасывается большая масса различных химических соединений. Возрастают отвалы золошлаковых отходов и терриконы горных пород, сооружаются шламонакопители. Создание атомной энергетики, ядерного оружия создало проблему с радиоактивными отходами. Вещественные загрязнения от крупных промышленных центров распространяются на десятки, сотни и даже тысячи километров от источников их образования, создавая проблемы ликвидации их трансграничных переносов. Так, радиоактивные выбросы при катастрофе на Чернобыльской АЭС достигли Севера Европы – Скандинавских стран. Кроме вещественного (ингредиентного) загрязнения среды обитания появились источники энергетических (параметрические, механические) воздействий. Это шумы, вибрации, инфра- и ультразвуки, инфракрасные и ультрафиолетовые, рентгеновские излучения. Все возможные виды загрязнения среды обитания приводят к росту психологических стрессов, напряженному темпу жизни на урбанизированных территориях. Большие масштаб и скорость роста техносфер произошли в ХХ в. (табл. 1.2). Таблица 1.2 |
Похожие:
 | Тимофеева С. С. Прикладная техносферная рискология. Биоиндикация и биотестирование : учеб пособие. – Иркутск : Изд–во Иргту, 2014.... |  | ... |
| Настоящие «Задания» к контрольным работам являются приложением к части 1 Методических указаний к курсу «Прикладная геодезия» и составлены... | | Предметной (Цикловой) комиссией специальностей Информационные системы (по отраслям) и Прикладная информатика (по отраслям) |
| Методические указания предназначены для студентов направления «Прикладная информатика» профиля «Прикладная информатика в экономике»,... | | Содержание отчета о преддипломной практике для специальности 351400 «Прикладная информатика (по областям)» 15 |
| Государственная итоговая аттестация выпускника по направлению подготовки бакалавров 01. 03. 02 Прикладная математика и информатика... | | Специальность 080801. 65 «Прикладная информатика (по областям)» Форма подготовки (очная) |
| Ефремов С. В., Струйков г в. Оформление учебных документов для направления подготовки высшего образования «Техносферная безопасность».... | | П. П. Рабочая программа производственной практики для студентов, обучающихся по направлению подготовки 230700. 62 «Прикладная информатика»,... |