Решение расчетных задач по экологии

Задачи на соответствие санитарно-гигиеническим требованиям

Задача 16.
Определить соответствие атмосферы зоны отдыха санитарно-гигиеническим требованиям, если она загрязнена: оксидом углерода (CO), аммиаком (NH₃), диоксидом серы (SO₂), оксидом азота (NO) с концентрациями 2,5, 0,2, 0,4 и 0,33 мг/м³.
Решение:
Находим максимально разовые ПДК по таблице:

ПДК_мр(СО) = 5 мг/м³; ПДК_мр(NH3) = 0,2 мг/м³; ПДК_мр(SO₂) = 0,5 мг/м³; ПДК_мр(NO) = 0.4 мг/м³.

Все вещества разнонаправленного действия, согласно табличных данных.

По оксиду углерода:

_ДПДК = 0,8 ПДК = [С(СО)/ПДК_мр(СО)] ^. 0,8 = (2,5/5) ^. 0,8 = 0,4 < 1 - воздух безопасен по этому веществу.

По аммиаку:

_ДПДК = 0,8 ПДК = [С(NH₃)/ПДК_мр(NH₃)] ^. 0,8 =
= (0,2/0,2) ^. 0,8 = 0,8 < 1 - воздух безопасен по этому веществу.

По оксиду азота:

_ДПДК = 0,8 ПДК = [С(NO)/ПДК_мр(NO)] ^. 0,8 = (0,33/0,4) ^. 0,8 =
= 0,66 < 1 - воздух безопасен по этому веществу.

По диоксиду серы:

_ДПДК = 0,8,ПДК = [ С(SO₂)/ПДК_мр(SO₂)] ^. 0,8 =
= (0,4/0,5),^.,0,8,= 0,64 < 1 - воздух безопасен по этому веществу.

Атмосфера соответствует санитарно-гигиеническим требованиям для зоны отдыха по вышеуказанным веществам.
 

Задача 17.
Фоновая концентрация в городе диоксида серы (SO₂) - 0,19 мг/м3, бензапирена (5 ^. 10^-7 мг/м³), оксида углерода (СО) - 1,0 мг/м³. Можно ли разрешить открытие нового предприятия, которое будет выбрасывать в атмосферу 0,0049 мг/м³ фенола и 4,0 мг/м³ оксида углерода?
Решение:
Дикосид серы и фенол - вещества однонаправленного действия, тогда:

Сфон(SO₂)/ПДК_мр(SO₂) + C(фенол)/ПДК_мр(фенол) =
= 0,19/0,5 + 0,0049/0,01 =
= 0,38 + 0,49 = 0,87 = < 1 - можно открывать предприятие, исходя из выбросов фенола.

С(СО)/ПДК_мр(СО)  = 5,0/5,0 = 1  - допустимо открытие предприятия, исходя из выбросов оксида углерода.
 

Задача 18.
Водоем имеет рыбохозяйственное водопользование. В воде содержаться следующие загрязняющие вещества: медь – 0,1 г/м³, свинец – 0, 049 г/м³ и азот аммонийный – 14,5 мг/м³. Определить соответствие воды санитарно–токсикологическим нормам. Во сколько раз (по минимуму) необходимо уменьшить концентрацию загрязняющих веществ в воде, чтобы она была безопасной?
Решение:
С(Сu) =  0,1 г/м³ = 0,1 мг/л;
С(Pb) = 0, 049 г/м³ = 0,049 мг/л;
С(NH₄⁺) = 14,5 г/м³ = 14,5 мг/л;
ПДК_рх(Сu) = 0,001 мг/л = 1 мг/м³;
ПДК_рх(Pb) = 0,006 мг/л = 6 мг/м³;
ПДК_рх(NH₄⁺) = 0,5 мг/л = 500 мг/м³.

Тогда

С(Cu) = 0,0001 мг/м³ < ПДК_рх(Сu). Концентрация меди в воде меньше ПДК в 10 рраз (0,001/0,0001 = 10).
С(Pb) = 0,049 мг/л < ПДК_рх(Pb). Концентрация свинца в воде меньше ПДК примерно в 122 раза (0,049/6 = 0,1).
С(NH₄⁺) = 0,0145 мг/л < ПДКрх(NH₄⁺) = Концентрация аммиака в воде меньше ПДК примерно в 34 раза (500/14,5 = 344).

Вода соответствует санитарно-токсикологическим нормам по меди, свинцу и аммиаку. Их количество не превышает ПДК в 10, 122 и 344 раза соответственно.

С(Cu) = 0.1 мг/л > ПДК_рх(Сu). Нужно уменьшить в 0.1/0.001 = 100 раз.
С(Pb) = 0.049 мг/л > ПДК_рх(Pb). Нужно уменьшить в 0.049/0.006 = 8.2 раза.
С(NH₄⁺) = 0.0145 мг/л < ПДК_рх(NH₄⁺) - нормально.

Вода не соответствует санитарно-токсикологическим нормам по меди и свинцу. Их количество нужно уменьшить в 100 и 8.2 раз соответственно.
 

Задача 19.
Рассчитайте массу углекислого газа, которое поступит в окружающую среду при сжигании метана массой 2000 т и дыхании 100000 человек. Сделайте вывод о вкладе этих двух источников в загрязнение окружающей среды. Объем воздуха при вдохе - 0,5 дм³ (Vвозд), количество вдохов за минуту – 20 (nвдох), количество дней в году – 365 сут, содержание в выдыхаемом воздухе СО₂ – 0,0786 г/дм³.
Решение:
а) Рассчитаем массу углекислого газа, которое поступит в окружающую среду при сжигании метана.
Уравнение реакции горения метана:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О.

Из уравнения выткакет, что из 1 моль СН₄ образуется 1 моль СО₂, т.е. n(CH₄) = n(CO₂).

Вычислим количество сожженного метана:

n(CH₄) = n(CO₂) = m(CH₄)/M(CH₄) =
= (2 ^. 10⁹)/14 = 1,43 ^. 10⁸ моль.

Рассчитаем массу СО₂, образующуюся при сжигании метана:

m₁(CO₂) = n(CO₂) ^. M(CO₂) = (1,43 ^. 10⁸) ^. 44 =
= 6,286 ^. 10⁶ г = 6286 т.

б) Рассчитаем массу углекислого газа, которое поступит в окружающую среду при дыхании человека
Используя данные задачи рассчитаем массу СО₂, выделяющеюся при дыхании человека в течении одного года:

m₂(CO₂) = 0,5 дм^{3 .} 20 ^. 60 ^. 24 ^. 365 ^. 100000 ^. 0,0786 г/дм³ =
= 4,13 ^. 10¹⁰ г = 41300 т.

Расчитаем во сколько раз больше выделяется углекислого газа при дыхании 100000 человек в течении года, чем при сжигании 2000 т метана:

m₂/m₁ = 41300/6286 = 6,6 раза.

Выводы:
1) вклад в загрязнение окружающей среды углекислым газом 100000 человек примерно в 6 раз больше, чем при сжигании 2000 т метана (m₂/m₁ = 41300/6286 = 6,6 раза).
 

Правило экологической пирамиды

Задача 20.
Используя правило экологической пирамиды, определите площадь (м²) соответствующего биогеоценоза, на которой может прокормиться волк массой 55 кг (цепь питания: травянистые растения → парнокопытные → волк). Биомасса растительности леса составляет 2000 г/м². Примите во внимание, что массовая часть сухого вещества в организме составляет 30% от общей массы.
Решение:
Рассчитаем чистую (органическую) массу волка, получим:

55 ^. 0,3 = 16,5 (кг).

Зная, что масса волка составляет 16,5 кг, а это число должно быть в 10 раз меньше массы предыдущего звена трофической цепи, легко найдём массу предыдущего звена (парнокопытные): 16,5 х 10 = 165 (кг). Соответственно масса травянистых растений составляет:

165 ^. 10 = 1650 (кг).

Теперь, зная продуктивность наземных растений, рассчитаем площадь соответствующего биогеоценоза, получим:

(1650000 г)/(2000 г/м²) = 825 м².

Ответ: площадь биогеоценоза 825 м².   
 

Задача 21.
Продуценты охотничьего угодья накапливают 3,4 ^. 10⁶ кДж энергии. На какое количество песцов можно выдать лицензию охотнику, если биомасса популяции песцов в охотничьем угодье составляет 1/5 часть биомассы всех консументов второго порядка и половина популяции должна сохраниться?
Если на 1 кг консументов второго порядка затрачивается 40 кДж энергии. Масса одного песца - 21,25 кг.
Решение:
1) Согласно правилу Линдемана определяем энергию консументов второго порядка:

Продуценты→ консументы 1 → консументы 2

3,4 ^. 10⁶ →  3,4 ^. 10⁵  → 3,4 ^. 10⁴

2) Находим биомассу консументов второго порядка:

1 кг - 3,4 ^. 10⁴ кДж
х кг - 40 кДж
х = (3,4 ^. 10⁴ кДж ^. 1 кг)/40 кДж = 850 кг.

3) Находим биомассу песцов:

850 кг - 1 часть
х кг   - 1/5 часть
х =  (850 ^.1/5)/1 = 170 кг.

3) Находим количество песцов в популяции:

N = 170/21,25 = 8 песцов.

Так как половина популяции должна сохраниться, то на 4 (8/2 = 4) песца можно выдать лицензию охотнику.
 

Последовательность процессов в первичной сукцессии

Задача 22.
Установите последовательность процессов при протекании первичной сукцессии на голых скалах: 1) образование почвы в результате эрозии материнской породы и от- мирания лишайников: 2) формирование мелколиственного песа3B 3) прорастание семян травянистых растений; 4) развитие молодых елей под пологом лиственных деревыев, 5) заселение территории мхами и кустистыми лишайниками; 6) образование травянисто-кустарникового сообщества; 7) образование верхнего яруса взрослыми елями, 8) заселение накипными лишайниками и бактериями. 
Решение:
Последовательность ответов такова:
8,1,5,3,6,2,4,7.