Лекция по Экологии

Дисциплина

Занятие № 6

Тема занятия: Альтернативные источники энергии

Цели: (какие компетенции формируются)

- образовательные- рассмотреть и изучить проблемы народонаселения и природопользования, изучить проблему сокращения биоразнообразия, изучить материал про альтернативные источники энергии;.

-развивающие- совершенствование практического применения знаний и развитие интереса к предмету физики к физическим явлениям;

-воспитательные- воспитание сознательного отношения к учебе.

Тип занятия: Комбинированное занятие

Вид занятия: лекция.

Оборудование: проектор, экран, видеофильм «Новшества в источниках энергии», использование атласа.

Литература:

1. Глобальная экологическая перспектива (ГЕО – 3). Издание ЮНЕП ООН, - Москва, 2002.

2. Зайцев В.А. Промышленная экология: Учебное пособие. – М.: Дели, 1999.

3. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86). – Л.: Гидрометеоиздат, 1987.

Ход занятия:

1. Организационный момент: (сообщение темы, постановка целей и задач занятия).

2. Актуализация опорных знаний обучающихся.

3. Мотивация учебной деятельности обучающихся.

4. Проверка знаний обучающихся.

5. Изучение нового учебного материала.

ПЛАН

1.Природные ресурсы, задействованные в строительном производстве.

К таким источникам относится энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза и других источников.

Солнце как источник тепловой энергии это практически неисчерпаемый источник энергии. Его можно использовать прямо (посредством улавливания техническими устройствами) или опосредствованно через продукты фотосинтеза, круговорот воды, движение воздушных масс и другие процессы, которые обусловливаются солнечными явлениями. Использование солнечного тепла - наиболее простой и дешевый путь решения отдельных энергетических проблем.

Преобразование солнечной энергии в электрическую возможно посредством использования фотоэлементов, в которых солнечная энергия индуцируется в электрический ток безо всяких дополнительных устройств. КПД таких устройств невелик, но в тех случаях, когда требуется получение небольшого количества энергии, использование фотоэлементов уже в настоящее время экономически целесообразно. В качестве примеров такого использования называет калькуляторы, телефоны, телевизоры, кондиционеры, маяки, буи, небольшие оросительные системы и т. п.

Использование солнечной энергии через фотосинтез и биомассу. Самый простой путь использования энергии фотосинтеза - прямое сжигание биомассы. Более оправданной, однако, является переработка биомассы в другие виды топлива, например в биогаз или этиловый спирт. Первый является результатом анаэробного (без доступа кислорода), а второй – аэробного (в кислородной среде) брожения. Большие энергетические ресурсы сконцентрированы также в канализационном иле, мусоре и других органических отходах. Спирт, получаемый из биоресурсов, все более широко используют в двигателях внутреннего сгорания. Для получения спирта используется разное органическое сырье. Ограничивающими факторами для использования спирта в качестве энергоносителя являются недостаток земель для получения органической массы и загрязнение среды при производстве спирта (сжигание ископаемого топлива), а также значительная дороговизна (он примерно в 2 раза дороже бензина). Основное преимущество этого ресурса - его постоянная и быстрая возобновляемость, а при грамотном использовании и неистощимость.

Ветер, как и движущаяся вода, являются наиболее древними источниками энергии. В течение нескольких столетий эти источники использовались как механические на мельницах, пилорамах, в системах подачи воды к местам потребления и т. п. Кроме неисчерпаемости ресурса и высокой экологичности производства, к достоинствам ветротурбин относится невысокая стоимость получаемой на них энергии. Она здесь в 2-3 раза ниже, чем на ТЭС и АЭС.

Гидроресурсы продолжают оставаться важным потенциальным источником энергии при условии использования более экологичных, чем современные, методов ее получения. В настоящее время имеются турбины, позволяющие получать энергию, используя естественное течение рек, без строительства, плотин. Такие турбины легко монтируются на реках и при необходимости перемещаются в другие места. Хотя стоимость получаемой на таких установках энергии заметно выше, чем на крупных ГЭС, ТЭС или АЭС, но высокая экологичность делает целесообразным ее получение.

Большими энергетическими ресурсами обладают водные массы морей и океанов. К ним относится энергия приливов и отливов, морских течений, а также градиентов температур на различных глубинах. Трудности связаны с громоздкостью сооружений и их дороговизной.

Несравнимо более реальны возможности использования геотермальных ресурсов. В данном случае источником тепла являются разогретые воды, содержащиеся в недрах земли. В отдельных районах такие воды изливаются на поверхность в виде гейзеров (например, на Камчатке). Геотермальная энергия может использоваться как в виде тепловой, так и для получения электричества.

Термоядерная энергия. Современная атомная энергетика базируется на расщеплении ядер атомов на два более легких с выделением энергии пропорционально потере массы. Источником энергии и продуктами распада при этом являются радиоактивные элементы. С ними связаны основные экологические проблемы ядерной энергетики. Еще большее количество энергии выделяется в процессе ядерного синтеза, при котором два ядра сливаются в одно более тяжелое, но также с потерей массы и выделением энергии. Исходными элементами для синтеза является водород, конечным - гелий.

2. Проблемы народонаселения и природопользования.

Проблемы народонаселения, то есть населения Земли, увеличиваются с каждым годом. Поэтому специалистами всего мира - экологами, социологами, психологами, антропологами - проводится большое количество исследований, касающихся проблем народонаселения планеты.

К подобного рода проблемам можно отнести рост численности населения, рост в геометрической прогрессии. Население Земли будет увеличиваться при условии превышения темпов смертности темпами рождаемости. В настоящее время все именно так и происходит. Ежегодный прирост населения, колеблющийся от 1 до 3%, может показаться небольшим, но такие экспоненциальные показатели означают огромное увеличение численности за столетний период. Влияние экспоненциального роста населения на его численность намного значительнее в тех странах, где проживает больше людей. Например, Китай и Индия, население которых составляет 37% от численности всего населения планеты, в абсолютных цифрах обгоняют большинство стран.

Еще одна проблема - это то, что в основном рост населения идет за счет развивающихся стран, что создает нагрузки на природные и финансовые ресурсы, затрудняя подъем уровня жизни. Но в целом рост численности населения и в развивающихся, и в экономически развитых странах приводит к деградации и истощению ресурсов.

Тревогу вызывает и возрастная структура населения, которая показывает процент населения или число жителей обоих полов, находящихся в каждом определенном возрасте. Различают три возрастные категории: допродуктивная (0 - 14 лет), продуктивная (15 - 44 года) и постпродуктивная (старше 45 лет).

Экономически развитые государства, достигшие нулевого уровня прироста населения, имеют почти равное число жителей в каждой возрастной категории. Число рождающихся постоянно увеличивается, даже если женщина имеет всего одного ребенка. Это происходит потому, что количество женщин, способных иметь детей, становится все большим по мере достижения девушками репродуктивного возраста. Население государства с большим числом людей в возрасте до 15 лет продолжает увеличиваться в течение примерно 60 - 70 лет.

На основании этих данных можно заключить, что решение проблемы бурного роста народонаселения на Земле кроется в контроле над рождаемостью, и даже если программы, целью которых будет снизить коэффициент рождаемости, будут разработаны, успешно внедрены и будут успешно выполнять свои функции, то и в этом случае у населения Земли буду большие проблемы со старым населением. В этом случае будет происходить сильное старение населения (в процентном отношении старое население Земли будет составлять все больше и больше от общего числа жителей планеты) за счет того, что нового молодого населения рождается мало (при соблюдении политики влияния на численность населения), тогда как остальная часть жителей будет подходить к постпродуктивному периоду своей жизни.

Это явление повлечет за собой появление новых проблем. Тяжелое экономическое бремя ляжет на молодое население планеты, которое будет вынуждено прокармливать большое количество людей пожилого возраста, что будет очень сложно, ведь работать пенсионеры не будут. Пенсионеры, которых будет очень много, смогут использовать политическое давление на работающих членов общества и вынудить их больше зарабатывать и платить более высокие налоги на пенсионное обеспечение. Хотя в то же время снизится конкуренция на рабочем рынке. Дефицит рабочих рук повысит уровень заработной платы. Хотя люди без образования будут испытывать экономические трудности. Понимание этого факта, в свою очередь, заставит молодых людей всерьез подумать об образовании, и таким образом возрастет количество образованного населения, что всегда хорошо для любого государства. Вместе с этим сократится и рождаемость, потому что среди факторов, влияющих на коэффициент рождаемости, находится и уровень образованности (и чем выше этот уровень, тем ниже коэффициент рождаемости).

В настоящее время реальным путем решения проблемы перенаселения планеты видится регулирование численности населения. Правительства большинства развивающихся стран стремятся снизить рождаемость с помощью сочетания экономического развития и планирования семьи. По мере индустриализации страны наблюдается переход от быстрого роста населения к более медленному нулевому приросту или даже к сокращению численности населения.

Еще одна заметная проблема в ряду проблем, связанных с народонаселением, - это урбанизация и рост городов. Во всех станах мира рост городского населения продолжается. Растут также и темпы роста городов. Городские системы - неустойчивы. Они зависят от внешних экосистем, поставляющих им воду, продовольствие, энергию и другие ресурсы и поглощающих некоторые накопившиеся городские отходы.

Широкое использование автомобилей является причиной большого количества людей, требует выделения значительных площадей под дороги и автостоянки, приводит к загрязнению и энергетически неэффективному использованию земли.

В большинстве городов используется планирование землепользования с целью найти оптимальный вариант использования каждого клочка земли. Задачей современного человечества применительно к экологии городов является экологическое планирование землепользование для превращения городов в более устойчивые, приемлемые и приятные для жизни места.

Так выглядят основные проблемы народонаселения на настоящем этапе развития нашей цивилизации на Земле. Они требуют решения, и как можно более скорого, иначе наша жизнь может стать намного хуже. Но, наиболее вероятно, что при решении этих проблем, перед человечеством появятся новые. Лучше думать о том, как решить существующие проблемы, чем высчитывать, что же случится, если все пустить на самотек.

Проблема природопользования

Природопользование – непосредственное или косвенное воздейст­вие человека на окружающую среду в процессе всей его деятель­ности. Рациональное природопользование – планомерное, научно обоснованное преобразование окружающей среды по мере со­вершенствования материального производства на основе ком­плексного использования невозобновимых ресурсов в цикле: производство – потребление – вторичные ресурсы при условии сохранения и воспроизводства возобновимых природных ре­сурсов.

Изучение процессов, протекающих в биосфере, и влияния на них хозяйственной деятельности человека показывает, что создание экологически безотходных и малоотходных произ­водств может уже предотвратить оскудение природных ресурсов и деградацию природной среды. Хозяйственная деятельность лю­дей должна строиться по принципу природных экосистем, которые экономно расходуют вещество и энергию и в которых отхо­ды одних организмов служат средой обитания для других, т. е. осуществляется замкнутый кругооборот.

Исходя из сказанного, можно сформулировать об­щее определение рационального природопользования – это систе­ма взаимодействия общества и природы, построенная на основе на­учных законов и в наибольшей степени отвечающая зада­чам как развития производства, так и сохранения биосферы. Главный принцип рационального природопользования – “используй, охраняя, и охраняй, используя”.

3. Сокращение биоразнообразия.

Под биоразнообразием понимают все виды растений, животных, микроорганизмов, а также сами экосистемы и экологические процессы, частью которых они являются. Оно является основой жизни на Земле: чем большее число растительных и живых организмов образуют экосистему, тем более она устойчива.

Биологические ресурсы являются основным источником сырья для промышленности (люди используют в пищу около 7000 видов растений, но 90 % мирового продовольствия создается всего двадцатью, а три вида из них (пшеница, кукуруза и рис) покрывают более половины всех потребностей). В последнее время человечество осознало полезность диких видов животных и растений. Они не только содействуют развитию сельского хозяйства, медицины и промышленности, но и полезны для окружающей среды, являясь неотъемлемой частью природных экосистем. Даже виды организмов, которые не входят в пищевую цепь человека, могут быть ему полезны, хотя и приносят пользу косвенным путем.

Понятие биоразнообразия все чаще ставится во главу угла при оценке состояния и экологического благополучия экосистем. Эволюционные процессы, происходившие в различные геологические периоды, привели к существенному изменению видового состава обитателей Земли. В ближайшие 20–30 лет под серьезной угро­зой исчезновения будет находиться примерно 25% всего биоразно­образия Земли. Опасность, грозящая биоразнообразию, постоянно ­растет.

Называют четыре основные причины исчезновения видов:

• утрата среды обитания, фрагментация и модификация;

• чрезмерная эксплуатация ресурсов;

• загрязнение окружающей среды;

• вытеснение естественных видов интродуцированными экзоти­ческими видами.

Во всех случаях эти причины имеют антропогенный характер. Подсчитано, что сокращение 70% тропических лесов ведет не только к исчезновению тех видов, которые обитали на уничтоженных участках леса, но и к сокращению до 30% численности видов, обитав­ших на соседних участках.

Многие морские виды уничтожаются ввиду коммерческой эксплуата­ции моря. Крупные наземные животные, в частности африканский слон, также находятся под угрозой исчезновения вследствие чрезмерной антропогенной нагрузки на зоны их естественного обитания.

Большую опасность для окружающей среды представляет ее заг­рязнение, особенно токсичными химическими веществами и ксенобиотиками, в частности пестицидами.

Изменения климата в результате выброса в атмосферу парниковых газов, по прогнозам специалистов, могут привести к нарушению видо­вого состава многих экосистем на Земле, так как количество одних видов уменьшится, а других возрастет.

Утрата видового разнообразия как жизненного ресурса может при­вести к серьезным глобальным последствиям для человека и даже его существования на Земле.

Разрабатываются меры, направленные на сохранение биоразнообразия:

• защита особой среды обитания – создание охраняемых природ­ных территорий;

• защита отдельных видов или групп организмов от чрезмерной эксплуатации;

• сохранение видов в виде генофонда в ботанических садах или в банках генов.

Конвенция по биоразнообразию, принятая 153 государствами на Конференции ООН по охране окружающей среды и устойчивому раз­витию в Рио (1992 г.), отражает остроту ситуации и представляет собой результат длительных усилий по согласованию противоречивых интере­сов различных государств.

1. Обобщение и систематизация полученных знаний.

Вопросы для самопроверки:

1. Энергетическая проблема.

2. Рост населения, научно-технический прогресс и природа в совремкнную эпоху.

3. Охрана биосферы как одна из важнейших современных задач человечества.

4. Виды и особенности антропогенных воздействий на природу.

1. Подведение итогов занятия и выставление оценок.

2. Домашнее задание: Конспект лекции, составление презентаций «Альтернативные источники энергии и их развитие в Крыму».