Задачи по "Экологии"

При решении  задач принять следующие допущения:

- содержание  кислорода во вдыхаемом воздухе  – 21 об.%; 

- содержание  в выдыхаемом воздухе: О₂ - 0,16 об.%, СО₂- 4 об.%;

- объем воздуха  при вдохе – 0,5л;

- количество  вдохов – 20 за минуту;

- радиус Земли  – 6400 км;

- 1/3 поверхности Земли занята сушей, 2/3 Мировым океаном;

- население Земли  – 6 млрд человек;

- средний вес  человека – 70 кг;

- объем потребляемой  за сутки воды – 2-3 л.  

1. Запасы воды в ледниках  материковом льде – 35×10⁶ км³, что составляет 68,7% от общих запасов пресной воды на Земле. На сколько метров повысится уровень Мирового океана, если произойдет таяние льда? Какие причины могут способствовать этому, и к чему это может привести?   

2. Оценить степень опасности отравления кадмием (Сd), если при выкуривании одной сигареты в организм курильщика с дымом поступает 10 мкг Сd. Заядлый курильщик выкуривает за день 35 сигарет. Предельно допустимая среднесуточная концентрация Cd  в воздухе 10 мкг/м³. Известно, что вдыхание паров и пыли, содержащей  3 мкг/м³ Сd, в течение шести часов приводит к острому отравлению. Через какое время отравление может произойти у заядлого курильщика, если пренебречь процессам выведения Сd из организма? Дать токсикологическую характеристику кадмия.  

3.  За последние  200 млн лет с лица Земли исчезло 9×10⁵ видов живых организмов. В настоящее время скорость исчезновения видов за год выросла на 5 порядков. Сейчас на Земле насчитывается 1,7 млн видов живых организмов. За какое время оно сократиться на 10% при сохранении современной тенденции к исчезновению видов? С чем связано резкое повышение скорости исчезновения живых организмов, и в чем опасность уменьшения видового разнообразия живой материи?   

4.  В завезенной  на склад партии картофеля  содержание нитратов составляет 200 мг/кг. При варке картофеля разрушается 50% нитратов. Опасно ли ежедневное потребление в пищу 0,5 кг картофеля из этой партии, если допустимая недельная доза для человека 150 мг нитратов, а отравление наступает при разовом потреблении 300 мг. Дать токсикологическую характеристику нитратов.

5.  В настоящее  время в мире на человека  в среднем приходиться 0,12 га  пашни. Из-за нерационального  использования пахотных земель  ежеминутно выводиться из оборота  10 га пашни за счет превращения  в антропогенную пустыню. За  какой срок при существующей  скорости деградации пахотных  земель пахотный фонд планеты  уменьшится в 2 раза по сравнению  с существующим? В силу, каких причин происходит деградация пахотных земель?

6.  Селен (Se) – микроэлемент, его недостаток – менее 10 мкг/кг веса человека – вызывает заболевание сердечно-сосудистой системы и способствует  онкологическим заболеваниям, избыток – более 100 мг/кг – вызывает гиперселеновый синдром (болезнь суставов). Королем селенсодержащих растений  является чеснок, в 1 кг которого содержится 140 мг Se. Сколько требуется человеку съесть чеснока, чтобы восполнить ежедневный селеновый дефицит – 100 мкг/кг веса человека? Какое количество чеснока должен съедать человек, чтобы у него ощущался недостаток (избыток) селена? Дать токсикологическую характеристику селена.

7.  Самолет  при перелете из Москвы до  Владивостока потребляет 30-40 тонн  кислорода. Для какого количества  людей хватило бы этого кислорода,  чтобы обеспечить годовую биологическую  потребность? Где еще расходуется  кислород? За счет чего идет  его восполнение? 

8.  Концентрация  озона при фотохимическом смоге  в приземном слое атмосферы  достигает 8-10 мг/м³. Оценить степень опасности пребывания человека в зоне фотохимического смога, если безопасная суточная доза озона составляет 0,1-0,3 мкг/кг веса человека, а поступление в течение часа 200 мг озона вызывает кашель, головную боль, учащение пульса, боли во всем теле. Дать токсикологическую характеристику озону.

9.  Одно взрослое дерево за сутки производит 80-100м³ кислорода. Сколько деревьев обеспечат потребность населения Земли в кислороде за год, и какую площадь займут эти деревья, если одно дерево занимает площадь 1-5 м² ? Какую долю займет эта площадь от земельного фонда планеты? За счет чего компенсируется расход кислорода в зимнее время года?

10.  В выработанной  шахте было захоронено 2800 тонн  известковой суспензии, содержащей 10% мышьяка (Аs). В настоящее время 5,6% Аs из суспензии перешло в грунтовые воды, объем которых в районе расположения свалки составляет 3 млн. м³. Оценить степень опасности использования для питья воды из колодцев, если безопасная недельная доза для человека = 0,5 мг Аs. При разовом поступлении 1,5-2 мг аs на кг веса человека наступает смерть. Дать токсикологическую характеристику мышьяка.  

Пример решения  задач.

Задача 1.

 Какой вклад  вносит все человечество Земли  в ежегодное поступление 

 Решение: 

1. Сколько СО₂ выдыхает один человек в течение года:

          G¹co₂=V_л×Ч_в×τ×С_со2×10^-6   т/ год×чел;

 где:   V_л – объем вдыхаемого воздуха, л/ вход; V_л = 0,5 л;

            Ч_в – частота дыхания; Ч_в = 20 вдох/мин;

            τ – количество минут в году, мин /год; τ=60×24×365=525600;

            С_со2- концентрация СО₂ в выдыхаемом воздухе, г/м³; 

                     С_со2= 0,04×44/22,4=0,0786 г/л;  

                     G¹_со2=0,5×20×525600×0,0786×10^-6=0,412 т /год ×чел.

 

2. Сколько углекислого  газа выдыхает все население  планеты за год:   

                     G_cо2= G¹_со2×N   т/ год;

 Где N- население Земли; N= 6×10⁹ человек;

                     G_со2= 0,412×6×10⁹= 2,472×10⁹  т/ год.  

3. Вклад человечества  в ежегодное поступление СО₂ в атмосферу Земли:

  

    Вклад = 2,472×10⁹×100

                 ---------------------- =35,3 %.    

                   7×10⁹ 

Задача 2.

На сколько  лет хватит запасов лесов на планете  Земля, если в среднем ежесекундно  вырубается 1 га леса.  Возобновление  лесов составляет 10% от площади сведенных  лесов. Известно, что леса занимают 20% территории суши.  

   Решение:  

1. Найдем площадь  суши, занятую лесами:   

       Scл =  Sз×n₁×n₂×100      га;  

Где  Sз – площадь поверхности Земли (площадь шара);

Sз = 4ПR²,  R – радиус Земли,  R = 6400км; 

n₁ – доля поверхности Земли, занимаемая сушей;  n₁ = 1/3; 

n₂ – доля поверхности суши, занятая лесами;  n₂ = 0,2;   

  Sсл = 4×3,14×(6400)²×1/3 ×0,2×100 = 3,42×10⁹  га.   

2. Находим площадь  безвозвратной потери лесов за  год:  

   Sбл = а×b×τ     га/год;  

Где   а  – ежесекундная потеря лесов,  га/с;

         b- доля безвозвратной потери лесов;

         τ – количество секунд в  году,  с/год;

 

 Sбл = 1×(1-0,1)×360×24×365= 2,83×10⁷  га/год;   

3. На сколько  лет хватит запасов лесов на  планете Земля:  

  Т =  3,42×10⁹

        ---------------- = 121  год.  

          2,83×19⁷

  

Задача 3.

   Оценить  степень опасности употребления  в пищу моркови, выращенной на почве, содержащей 100 мг/кг бора, если в морковь переходит 3 % бора, а урожай моркови 300 ц/га. При содержании бора в организме менее 1 мг/кг веса человека в организме ощущается дефицит бора, а при 190 – наблюдается токсическое действие. Ежедневная норма поступления бора в организм – 10 мг/кг. Принять ежедневное потребление моркови – 300 г. Плотность почвы – 1,4 кг/дм³, глубина пахотного слоя почвы – 40 см. Дать токсикологическую характеристику соединений бора.  

 Решение. 

1. Сколько бора (G_B) переходит из почвы в 1 кг моркови:

      G_B=С_B×n×q₁×q₂        мг/кг;

Где    С_В – концентрация бора в почве,  мг/кг; 

          n- доля бора, переходящая в морковь;

           q₁ – вес моркови, собираемой с 1 м² почвы,  кг/м² ; 

           q₁ -  h×S×p, где h - глубина пахотного слоя, м (h=0,4 м); 

                                         S- площадь, м² ( S= 1 м²);

                                         р – плотность почвы, кг/м³;

                    q₁= 0,4×1×1,4×10³= 560 кг/м²;

     

           q₂- урожай моркови с площади в один м²,  кг/м²;  

  G_B = 100×0,03×560×3= 5040  мг/кг.

  2. Сколько  бора поступает а организм человека ежедневно:  

     П бор =  5040×0,3

                  --------------- = 21,6   мг/кг веса человека.   

                        70  

    Количество  бора превышает ежедневную норму,  но значительно меньше концентрации, при которой наблюдается токсическое  действие бора на организм  человека.

    Токсикологическая  характеристика включает:

     -  действие соединений бора на человека

     - различные показатели  (ПДК, ОБУВ, летальные дозы и концентрации)

     - класс опасности.