Лекция 1. Экология. Предмет и задачи

ЭКОЛОГИЯ

Конспект лекций

для студентов специальностей 080800 "Бурение нефтяных и газовых скважин" и 090600 "Разработка нефтяных и газовых месторождений"

Направление 650700 "Нефтегазовое дело"

Санкт-Петербург

ОГЛАВЛЕНИЕ

Лекция 1. Экология. Предмет и задачи.......................................................... 3

Лекция 2. Учение о биосфере........................................................................ 13

Лекция 3. Экосистемы, биогеоценозы и биоценозы.................................... 21

Лекция 4. Основные принципы и задачи инженерной (нефтегазовой) экологии 31

Лекция 5. Источники техногенного воздействия на окружающую среду при бурении скважин и разработке нефтегазовых месторождений................................. 37

Лекция 6. Загрязнение подземных вод при строительстве скважин и добыче нефти и газа................................................................................................................. 49

Лекция 7. Номенклатура показателей загрязняющих свойств отходов бурения и добычи нефти и методы их определения.......................................................... 52

Лекция 8. Инженерная защита окружающей среды при строительстве скважин и добыче нефти и газа.......................................................................................... 56

Лекция 9. Техника и технология очистки и утилизации буровых сточных вод (БСВ)......................................................................................................................... 59

Лекция 10. Методы очистки буровых сточных вод (БСВ) и сточных вод нефтепромыслов (НСВ)....................................................................................................... 67

Лекция 11. Технология утилизации отработанного бурового раствора (ОБР) и шлама (БШ)............................................................................................................... 76

Лекция 12. Защита окружающей среды от нефтяного загрязнения........... 82

Лекция 13. Природоохранные мероприятия (ПОМ)................................... 87

Лекция 14. Организация и управление охраной окружающей среды (ООС) на предприятиях нефтяной и газовой промышленности......................................... 90

Лекция 15. Экономический мониторинг...................................................... 93

Лекция 16. Экономика природопользования.............................................. 95

Лекция 17. Природоохранное законодательство (экологическое право). 100

Лекция 1. Экология. Предмет и задачи.

Термин "экология" был предложен в 1869 г. немецким биологом Э. Геккелем (1834-1919 гг.), в буквальном смысле он означает: учение о доме (от греч. эйкос – дом, логос – учение, слово). Хотя формально это наука молодая, но человечество занимается ею давно. Еще в сочинениях древнегреческих философов Гиппократа и Аристотеля приводились данные экологического характера.

Экология – это наука об отношениях организмов или групп организмов к окружающей их среде или наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания.

По своей сути экология – теоретическая основа рационального использования человеком природных ресурсов, научный фундамент для разработки стратегии и тактики взаимоотношений человеческого общества и природы.

Объектами экологических исследований могут быть отдельные виды (аутоэкология), популяции вида (популяционная экология), сообщества организмов (синэкология), биосфера (глобальная экология). Недавно сформировалось новое направление – экология человека. В последние годы употребляется термин "политэкология". Политэкология вмещает все проблемы частной и глобальной безопасности человечества, среди которых организационные, юридические, экономические и финансовые вопросы защиты Земли от деградации и гибели. Политэкология смыкается с социальной экологией.

В горном деле и нефтегазовом производстве утвердились научные направления "горная экология", "горное дело и окружающая среда", "нефтегазовая экология".

Зная, что такое экология и каковы ее главные задачи, необходимо установить ее связь с управлением качеством окружающей среды и рассмотреть, каким образом экология способствует решению задач сохранения высокого качества окружающей среды. В последние годы получили распространение такие словосочетания как “инженерная экология”, “промышленная экология”, “техническая экология” и др. Под инженерной экологией, например, понимают систему инженерно-технических мероприятий, направленных на сохранение качества среды в условиях растущего промышленного производства. Под промышленной экологией понимают раздел “большой” экологии, рассматривающей воздействие промышленности (иногда - всего хозяйства) - от отдельных предприятий до техносферы - на природу и, наоборот, влияние условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов.

Фактически, однако, существуют две группы задач: экологические и инженерные, причем первые могут решаться с помощью вторых. Таким образом, речь идет не о каких-то новых направлениях экологии - биологической науки, а об инженерной защите окружающей среды. Отсюда понятно, что решение экологических задач (поддержание высокого качества среды) инженерными методами возможно лишь при владении специалистом производства знаниями в области экологии, позволяющими ему оценивать свое производство с экологических позиций, т.е. обладать экологическим мышлением.

В конечном счете, это знание и это мышление образуют своего рода “сдерживающий комплекс” природопользователя: владея ими, специалист определяет не только (и не столько), что и как делать, но чего и почему делать нельзя.

Понятие “природа” имеет следующее определение: “Природа - это окружающий нас мир во всем бесконечном многообразии своих проявлений”. Другое определение гласит, что “природа - это весь материально-энергетический и информационный мир Вселенной (универсум Вселенной)”.

Очевидно, что, согласно этим определениям, к природе относятся все живые организмы (включая человека), все неживые компоненты окружающей нас среды, включая космические факторы, литосферу, гидросферу, атмосферу, а также человеческое общество с его производством как естественный и закономерный этап эволюции живой материи.

Известно также понятие “вторая природа”, под которой понимают совокупность вещей и явлений, не существующих в природе в готовом виде, а создаваемых в процессе общественного производства. Имеется в виду, что все созданное руками человека - от каравая хлеба и авторучки до радиоприемника и космического корабля - это также природа или, точнее, природные ресурсы, преобразованные человеком сообразно его нуждам.

Как же сочетаются все эти понятия со словом “охрана”? Охрана - это защита, предотвращение чего-либо от разрушения или расхищения. Охрана природы исторически развивалась как система ограничительно запретных мероприятий, направленных на сохранение преимущественно отдельных объектов (ландшафтов, памятников природы, редких растений и животных и т.п.), сокращение использования отдельных ресурсов. Понятно, что в современных условиях такое направление имеет весьма ограниченное значение, поскольку всю планету в заповедник превратить нельзя. Существование общества без природопользования невозможно, и принцип невмешательства в природную среду со стороны общества нереален. Поэтому в словосочетание “охрана природы” вкладывается сейчас более широкий, причем двоякий смысл.

Во-первых, охрана природы - комплексная научная дисциплина, разрабатывающая общие принципы и методы сохранения и восстановления природных ресурсов, включая охрану земель, вод, атмосферы, природных комплексов, растительного и животного мира. Во-вторых, охрана природы - это система мер, направленных на поддержание рационального взаимодействия между деятельностью человека и окружающей природной средой, обеспечивающая сохранение и восстановление природных ресурсов, предупреждающая прямое или косвенное влияние результатов деятельности общества на природную среду и здоровье человека (ГОСТ 17.00.01 - 76).

Очевидно, что в последнем определении определяющая часть шире, чем определяемая: в нем фигурируют слова “окружающая природная среда”. Слово “природа” относится более к естественному миру, в то время как “окружающая среда” подразумевает не только естественный, но и созданный или преобразованный человеком мир: к ней относятся рукотворные ландшафты, селитебные территории, промышленные комплексы. Поэтому наряду с понятием “охрана природы” чаще употребляется теперь другое - “охрана окружающей среды”.

Окружающая среда - совокупность биотической, абиотической и социальной сред, совместно оказывающих влияние на людей и их хозяйство, или, в более широком смысле - природный и созданный человеком материальный мир, который окружает человеческое общество, воздействует на него и в котором человек как общественное существо удовлетворяет свои потребности, в свою очередь, воздействуя на него и преобразуя его.

Соответственно этому словосочетание “охрана окружающей среды” определяется как охрана природной среды, окружающей человека, т.е. комплекс международных, государственных и региональных, административно-хозяйственных, политических и общественных мероприятий по обеспечению физических, химических и биологических параметров функционирования природных систем в пределах, необходимых с точки зрения здоровья и благосостояния человека.

Из всех компонентов природной среды наибольшее значение для понимания процессов, происходящих при антропогенном воздействии, имеют физические компоненты.

Среди сложного комплекса физических компонентов окружающей среды можно выделить две группы, существенно различающиеся по своей роли в системе — это природные и искусственно созданные человеком физические компоненты.

Природные физические компоненты окружающей среды (природные ресурсы) – это те средства существования человеческого общества, которые имеются в природе независимо от человека или воссозданы, приумножены при его содействии. То есть это сырье для промышленности, нефть и газ для энергетики и нефтехимии, а также пшеница, выращенная на полях.

Природные ресурсы можно классифицировать с разных точек зрения. Для охраны природы важнее всего определить пределы их истощимости. С этой точки зрения природные ресурсы принято делить на исчерпаемые и неисчерпаемые.

Исчерпаемые ресурсы. К исчерпаемым относятся невозобновимые ресурсы – богатства недр. Их запасы ограничены, и охранять их можно, только используя экономно. Сюда же относятся возобновимые ресурсы –растительный и животный мир. Вырубленный лес снова вырастает, взамен выловленных рыб появляются другие. Однако чрезмерное использование может привести к тому, что возобновленные ресурсы становятся не возобновленными: леса, вырубленные в Испании, не восстановились, и страна из лесной стала полупустынной. Стеллерова корова или любой другой уничтоженный вид животного уже не возникнет на Земле.

		Рис.1. Классификация природных ресурсов

Некоторые ресурсы затруднительно отнести к той или иной группе. Например, в Москве, в Коломенском, растут последние шестисотлетние дубы. Как всякое дерево, они возобновимы, конечно, но с точки зрения длительности человеческой жизни это уже невозобновимый ресурс, ведь они пережили историю Московского государства от Ивана Калиты до наших дней. А американские секвойи, которые старше древнегреческой, римской и даже египетской культуры, тем более нельзя считать возобновимыми.

Почва образуется тысячелетиями, но может быть создана с помощью человека значительно скорее. Такие ресурсы, занимающие промежуточное положение предложено называть относительно возобновимыми.

Неисчерпаемые ресурсы. Эти ресурсы разделяются на космические (солнечная радиация, притяжение Луны и Солнца, вызывающие приливоотливное движение вод океана), климатические (воздух, ветер) и водные. И это деление относительное. Например, можно рассматривать пресную воду как ресурс исчерпаемый, поскольку уже на многих точках земного шара возник острый дефицит воды. Однако, речь идет об изменении состава воды, загрязненности, что делает ее непригодной для использования, хотя запасы воды на планете неисчерпаемы. Пока можно еще считать и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом.

Классификация природных ресурсов приведена на рисунке 1.

Здоровье и благосостояние человека связано с преобразованием окружающей среды в процессе эксплуатации природных ресурсов. Поэтому в современных нормативных документах отражено единство природопользования и охраны природы, т.е. даже в их названиях говорится об “охране природы и рациональном использовании природных ресурсов”.

Только на основе рационализации производственных процессов и экологически корректного пользования природными системами можно одновременно решить обе задачи: обеспечить в историческом будущем неисчерпаемость природных ресурсов и сохранить возможность экологически безопасного развития дальнейших поколений людей.

Таким образом, рациональное природопользование в современных условиях - это такая система хозяйственной деятельности общества, при которой достигается неисчерпаемость его энергетической и сырьевой базы в сочетании с сохранением параметров среды обитания, необходимых человеку как биологическому виду и разумному существу.

В процессе использования природы и ее ресурсов человек неизбежно меняет окружающую его среду, причем эти изменения могут иметь как целенаправленный, так и непреднамеренный характер с негативными последствиями в ближайшем или относительно (в пределах поколения людей) отдаленном будущем. Человек стремится улучшить условия своего обитания, повысить благосостояние, увеличить производство необходимых промышленных и сельскохозяйственных товаров, но при этом некоторая часть занимаемого обществом пространства утрачивается - становится непригодной для обитания.

Экологические факторы. Все живые и неживые объекты, окружающие растения, животных и другие организмы, с которыми они непосредственно взаимодействуют, называются средой или средой обитания. Компоненты ее многообразны, и значение их для существования различных организмов неодинаково.

Элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Они имеют различную природу и специфику действия, в связи, с чем их принято делить на три основные группы.

Абиотические (физико-химические) факторы — температура, свет и другая лучистая энергия, влажность и газовый состав воздуха, атмосферное давление, осадки, снежный покров, ветер, солевой состав воды, почвенно-грунтовые (эдафические), орографические и гидрологические. Все эти факторы неживой природы прямо или косвенно влияют на живые организмы, определяя условия их существования.

Биотические факторы — это формы взаимоотношения живых существ. Организмы постоянно взаимодействуют, оказывая прямое или косвенное влияние друг на друга.

Антропогенные (антропические) факторы — формы деятельности человека, оказывающие прямое действие на жизнь организмов или косвенное влияние на них посредством изменения среды обитания. К таким факторам относится воздействие сельскохозяйственного производства, промышленности, транспорта и всех других форм ведения хозяйства. Давление хозяйственной деятельности человека на биосферу, равное, как писал В. И. Вернадский, геологической силе, быстро возрастает и в современных условиях нередко становится господствующим. Воздействие человека на биосферу может быть прямым и косвенным, целенаправленным и разумным, вредным и разрушительным.

Любой из экологических факторов может то проявляться как непосредственная причина изменения обмена веществ, то действовать косвенно, влияя на жизнедеятельность организмов, изменяя среду обитания.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ есть ряд общих закономерностей. К ним относится реакция организмов на интенсивность (силу) воздействия фактора (рис.2). Как недостаточное, так и избыточное действие его отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма. Благоприятная сила воздействия (дозировка) фактора называется зоной оптимума фактора для организма данного вида. Большие или меньшие дозировки, в пределах которых организм еще может существовать, но находится в угнетенном состоянии, называют зоной пессимума. Диапазон зон оптимума и пессимума служит критерием выносливости, пластичности организма по отношению к данному экологическому фактору и называется экологической валентностью.

Представители различных видов значительно отличаются друг от друга, как по экологической валентности, так и по положению оптимума. Северный олень может переносить колебания температуры среды обитания в диапазоне около 80^оС, а обитатели коралловых рифов в тропических морях всего 5—6 °С. Одна и та же сила воз действия фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной — для другого и летальной — для третьего.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки “эври” (от греч.эурис — широкий). Например, эвритермный вид— выносящий значительные колебания температуры, эвригалинный — разную степень засоленности воды или почвы и т.д. Напротив, узкая экологическая валентность обозначается приставкой “стено” (от греч.стенос — узкий) - стенотермный, стеногалинный и т.д. Виды, которые могут приспособиться к колебаниям различных экологических факторов в широких пределах, называются эврибионтными; виды, не способные переносить значительные колебания факторов, для существования которых необходимы строго определенные условия, называются стенобионтными.

Среди экологических факторов выделяют также лимитирующие факторы, которые ограничивают возможности существования вида в экстремальных для него условиях. К изменениям этого фактора организмы особенно чувствительны. Так, в аридных зонах ничтожное усиление засушливости оказывается губительным для многих видов, находящихся здесь на грани возможного существования вследствие малого увлажнения.

Все организмы при взаимодействии со средой должны поддерживать известное динамическое равновесие, или гомеостаз. В процессе эволюции постоянно совершенствовалась адаптация организмов к условиям существования, и не только к абиотическим факторам, но и совместно обитающих видов друг к другу.

Экологическое значение отдельных факторов среды для различных групп и видов организмов разнообразно. Подробнее эти вопросы рассматриваются в специальных учебниках и руководствах по экологии.