Жоспар.
- Кіріспе.
Шикізат, азық-түлік, энергия проблемалары және оның туу себептері.
- Негізгі бөлім.
А) Қалдықтар-потенциалды шикізат көзі.
Б) Экожүйедегі энергия.
В) Зат және энергия ағымы.
Г) Экологиялық проблемаларды шешу жолдары.
- Қорытынды.
Қалдықтар-потенциалды шикізат көзі.
Қалдықтарды қосымша шикізат ретінде тиімді пайдалану көптеген прблемалардың шешу жолдарын ашуға мүмкіндік туғызады. Қалдықтардың қайтадан қолдану қоршаған ортаны қорғаумен, бастапқы материалдарды, электрэнергияны үнемдеумен, еңбек ресурстарын босатумен байланысты көптеген мәселелерді шешуге жол ашты.
Кейде ойланбастан көптеген заттектер мен материалдар қалдықтарға жатқызыла береді, шын мәнінде оларды әр түрлі қажеттілікке немесе басқа өндірістерге шикізат ретінде қолдануға болады. Кезінде Д.И. Менделеев «Химияда қалдықтар болмайды, тек қана қолданылмаған шикізат болады» деп айтқан сонымен қатар ол озат техналогияның басты мақсаты пайдасыздан пайдалы өнім алуға бағытталған болу қажет деп те ескерткен. Сондықтан ішінара немесе толығымен қайта өңдеу арқылы қажетке жаратылатын өндіріс пен тұтыну қалдықтарын екінші реттік материалдық ресурстар ретінде қарауға болады.
Біздің халық шаруашылығымыздан жыл сайын шығатын қалықтардың көлемі 1 мллиард тоннадай. Статистикалық мәліметтерге сүйенсек біздің елде жиналған қатты өндіріс қалдықтарының көлемі 20 млрд. т шамасында. Оның ішінде 5,2 млрд. т түсті металлургия өндірістің меншігіне жатады (4 млрд т – тау-кен өндірісінікі, 1,1 млрд т байыту фабрикаларныкі және 105 млн т металлургиялық өңдеу процестерінен шыққан қалдықтар). Сонымен қатар әр түрлі қоймалар мен кен байыту фабрикаларының тұндырғыштарында көп мөлшерде сұық қалдықтар жинақталған. Қалдықтардың 70 – 75 %-і тау-кен өндірістерінен, 20 %-і байыту және қалғандары металлургия кәсіпорындарынан пайда болады.
Өнеркәсіп қалдықтарының көбісінің құндылығы едәуір. Оны оларды дұрыс пайдаланғанда білуге болады. Өндіріс қалдықтарын пайдаға асыру мәселесі шешілетін болса, ауыл шаруашылығында пайдалануға жататын біраз жерлерді босатуға мүмкіншілік туады.
Егер де қалдықтар шаруашылық айналымға түсірілсе, олар қоршаған ортаны жақсартумен қатар, жердегі шикізат қорында үнемдейтіні сөзсіз. Өнеркәсіп өндірістері дүниежүзілік шикізат қорының күрт елеулі азаюына әкелді. Ғалымдардың болжауы бойынша қазіргі пайдалану деңгейі сақталған жағдайда, мұнай мен газдың қоры 80-170 жылға мырыш, никель, мыс қоры 100 жылға көмір кенін 1700 жылдай уақыт бойы ғана шығаруға жетеді.
Экожүйедегі энергия. Жоғарыда келтірілгендей биоценоздағы организмдер арасында тұрақты қоректік байланыстар қалыптасқан. Осы қатынастар белгілі бір организімдердің тобын біріктіріп отырады. Ол қоректік тізбектер бірнеше құрамдас бөліктерден тұруы мүмкін. Ол үш бөлімнен тұрады.
Біріншісі – продуценттер немесе өндірушілер. Бұнда автотрфты жасыл өсімдіктер органикалық заттар түзіп, алғашқы биологиялық өнімділікті түзеді және күн энергиясын жұмсайды (сіңіреді).
Екінші- консументтер, бұған жануарлар жатады.
Үшіншісі-редуценттер немесе қайта қалпына келтірушілер. Оларға микроорганизмдер жатады. Олардың ролі ерекше. Яғни, заттарды ыдыратып қайта қалпына келтіріп зат айналымын жалғастырып отырады.
Әрбір қоректік тізбектің қатарында белгілі бір трофикалық деңгей қалыптасады. Ол өзіне өтетін зат және энергия ағымының активтілігімен сипатталады. Мәселен, жасыл өсімдіктер – бірінші трофикалық деңгейді түзсе, фитофагтар – екінші, ал жануарлар тектес қоректілер – үшінші, т.б жалғаса береді.
Барлық қоректік тізбектер бір – бірімен байланысты және тәуелді болып отырады. Әрбір деңгейден екінші, үшіншіге өткен сайын зат немесе энергия беру жүзеге асады. Осының бәрі биоценоздағы қоректі тізбектің күрделілігін және біртұтас жүйе ретінде әрекет ететіндігін көрсетеді.
Зат және энергия ағымы. В.И. Вернадскийдің биосферадағы тіршіліктің тұрақты дамуы ондағы тірі заттардың (биогенді) табиғаттағы үздіксіз айналымы жемісінің нәтижесі екенін айтқан болатын. Өйткені, тірі заттардың элементтері қоршаған табиғи ортаға түсіп, одан соң тірі организмдер арқылы қаитадан айналымға ауысатыны белгілі. Осылайша әрбір элемент тірі организмдерді әлде неше рет пайдаланып отырады. Соның нәтижесінде жер бетінде тіршіліктің дамуы үнемі даму үстінде жүзеге асырып, биоценоздағы биогенді айналымды жүзеге асырады. Бірақ та, заттардың биогенді айналымын абсолютті тұрғыда деп түсінбеу керек. Себебі, айналымдағы заттар бір торфикалық деңгейден екіншісіне өткен кезде әлсін-әлсін зат айналымына түсіп үздіксіз қайталанып отырады. Нәтижесінде жер шарында органикалық заттардың қоры (торф, көмір, мұнай, газ, жаңғыш сланц) жинақталады. Бұл қорлар да өз кезегінде жұмсалып, қайтадан айналымға түсіп, зат айналымының үздіксіз (шексіз) процесін жалғастырып жатады.
Биогенді айналымның негізгі көзі жер бетінде жасыл өсімдіктердің пайда болып фотосинтез құбылысы басталғаннан бастау алады. Мәселен, атмосферадағы барлық оттегі тірі организмдер арқылы (тыныс алу т.б) 2000, көмір қышқыл газы керісінше 300, ауысу 2 000 000 жылда бір рет өтіп отыратыны дәлелденген.
Деседе, жоғакрыдағы әлемдік биологиялық айналым үшін ауадай қажет. Оның негізгі көзі автотрофты (жасыл өсімдіктер) организмдер сіңіретін күн радиациясы. Күн энергиясы биоценозда үнемі әрекет етеді. Күн энергиясының зат айналымының ерекшелігі сол, ол үнемі жұмсалып отырады, ал зат айналымы тек бір деңгейден екінші деңгейге ауысып отыратыны белгілі. Мәселен, күн энергиясының 30% атмосферада сейілсе, 20% атмосфера қабатында сіңіріледі де, ал 50% құрылық және мұхиттар бетіне жылу ретінде сіңіріледі. Тек қана күн энергиясының 0,1 – 0,2% ғана биосфера шегіндегі жасыл өсімдіктер үлесіне тиіп, әлемдік зат айналымын қамтамасыз етіп отырады. Оның жартысы фотосинтез порцесі кезінде өсімдіктердің тыныс алуына жұмсалып, ал қалған бөлігі қоректік тізбектің желісіне түседі.
Экологиядағы жүйедегі энергия.
Энергия әрқашан белгілі біржұмысты орындауға, немесе қозғаушы күш ретінде пайдаланылады.
Термодинамиканың (жылулық қозғалыстық дененің физикалық қасиеттеріне тигізетін әсерін зерттейтін бөлім) бірінші (немесе энергияның сақталу) заңы энергия жоғалмайды немесе жаңадан пайда болмайды, тек басқа үрге өзгертуге болмайды дейді. Мысалы энергияның бір түрі болып табылатын сәулені (жарықты) жылулыққа өзгертуге, жұмыс істейтін күш ретінде пайдалануға, организмдерге қорек болатын энергия түріне айналдыруға болады. Сәуленің бастапқы энергиясы жоғалмай тек басқа түрдегі энергияға айналады.
Термодинамиканың екінші заңы немесе энтропия – (Entropia — гректің өзгеру, бұрылу деген сөзі) заңы энергиясының бәрі жылулық энергиясына айналмайды, бір бөлігі үнемі шашырап кетеді дейді. Сондықтан кинетикалық энергияның өздігінен потенциялды энергияға өзгеруі коэффициенті әрқашан 1 ден кем болады.
Заттың молекуладан, молекулалық атомдардан тұратыны физикадан белгілі. Молекулалар (атомдар) аралығында бос кеңістіктер болады, онда атомдар үздіксіз және ретсіз қимылдар жасап жатады. Оның себебі, молекулалар құрамында дұрыс және теріс зарядтардың болуында, бір түрлі (дұрыс не теріс) зарядтар кері тебетін, әртүрлі (дұрыс және теріс) өзіне тартатын болатындықтан молекулалар (атомдар) қимылы үздіксіз әрі ретсіз (шым-шытырық) болады. Осы қимылдар кезінде атомдар мен молекулалардың жылуы да осы кеңістікке тарайды. Осылай тараған жылуды кинетикалық энергия деп атайды. Кинетикалық энергия барлық заттарда бар бар. Егер заттың жылуы көп болса молекула (атом) шапшаң қимылдап кинетикалық энергияны көп тартады, керісінше зат салқын болса қимылдар бояулап, кинетикалық энергия да азаяды.
Молекула құрамындағы өзіне тартып және кері тебу қимылдары жұмсалатын күшті потенцияалды энергия деп атайды.
Тұрақты кинетикалық энергия ең аз потенциялды энергиядан кем болса (Етұрақты<Паза), онда зат сұйық түрде болады, егер тұрақты кинетикалық энергия ең аз потенциалды энергиямен тең болса (Етұрақты=Паза), онда зат сұйық түрде болады, егер тұрақты кинетикалық энергия ең аз потенциялды энергиядан көп болса (Етұрақты>Паза), онда зат газ түрінде болады.
Зат бөліктерінің кинетикалық және потенциялды энергияларының жиынтығы осы заттың ішкі энергиясы деп атайды.
Сонымен, термодинамиканың екінші заңы өздігінен, кинетикалық энергия түгелдей потенциялды энергияға айналмайтын, ол энергияның бір бөлігі шашырап, жылу ретінде пайдаға аспайтынын дәлелдейді.
Мысалы, күн сәулесінің табиғи ортаға шашыраған энергиясын емен ағаштың жапырағы қалай пайдаланатынын N2 суреттен көруге көруге болады.
Қоршаған ортаға шашыраған күн сәулесінің тек 2 процентін ғана емен ағаштың жапырағы пайдаланып, өсімдік қантына айналдырады, ал қалған 98 проценті жылу ретінде ортаға тарап кететінін көреміз.
Сонымен термодинамиканың бірінші заңын мынандай формула арқылы жазуға болады. А=Б+В. Мұнда А-күн сәулесі, шашыраған энергия түрі, Б-жылу, өсімдіктер пайдаланбай қоршаған ортаға шашырап кеткен энергия; В-өнім, (жапырақ) өндіруге жұмсалған энергия (жинақталған түрі).
Термодинамиканың екінші заңы мынадай формуламен жазылады А>В. Басқаша айтқанда, жинақталған энергия (В) әрқашан күн сәулесіне шашыраған энергиядан (А) аз болады.
Осы күнге дейін энергия туралы сөз болса алдымен алдымен электр энергиясы, мұнай, тас көмір, газ, отындық, ағаш еске түседі. Дұрысында экологиялық жүйдегі энергияның негізгі көзі, әрине, күн сәулесі. Бұл энергияны көбіне өсімдіктер пайдаланып, адамдар өте аз қолданғандықтан ескеріле бермейді.
Минөт сайын 1 см жер бетіне 2 каллориялық, күші бар күн сәулесі бағытталады. Жаздың бұлтсыз ашық күндері түс мезгіліне аспандағы аудан өтіп жер бетіне 1,34 калориясы жетеді, ал бұлттан, судан өткен сәуленің қуаты 0,4-0,5 калория болады.
Полярлық және тропиктік аймақтарды есептемей, тек қоңыржай белдеуді алатын болсақ 1 м2 жер бетіне түсетін күн сәулесінің қуаты тәулігіне 3000 – 4000 калория, жылына 1,1-1,5 миллион калория, ал 1 гектар жерге орта есеппен жылына 10 миллиард килокалория болады. Осынша энергияның 30 проценті жер бетінен кері теуіп атмосфераға тараса, 45 проценті жылуға айналып, 23 проценті жауын-шашын болуына, судың булануына, 0,2 проценті жел, дауыл, су ағыстарына кетіп, тек 0,8 проценті ғана фотосинтез процесіне жұмсалады. (фотосинтез деп жоғары сатыдағы жасыл өсімдіктердің хлорофилл және басқа да фотосинтездік пигменттер арқылы сәулесі энергиясын сіңіру нәтижесінде организмдердің тіршілік қажетіне керек күрделі органикалық заттар шығаруды айтады).
Мәшине өнім шығарған сияқты өсімдік организмдер де өнім береді. Экологиялық жүйе немесе биосфераның энергиясы дегенде осы фотосинтез процесі арқылы қос тотық көміртекті қалпына келтіруді айтады.
Егістік жерден алған астық, шабындық пен жайылымдағы шөптер ормандарда, бау-бақшаларда, қаладағы парктерде өскен ағаш ағаштар өсімдік организімдердің күн сәулесін фотосинтез арқылы сіңіру нәтижесінде шығарған өнімдер болып табылады. Бір гектар егістік жер жылына орта есеппен 10 тонна (құрғақ зат салмағы) өнім берсе ол 50 миллион килокалорияа тең болады. Жоғарыда айтқандай, бір гектар жерге түскен 10 миллиард килокалорияның берген өнімі егістікке 1 процент, жапырақты орманда 0,5 процент ғана болғаны. Әрине бұл өте төмен көрсеткіш.
Адамзат алдында тұрған міндеттердің бірі-күн сәулесін пайдалануды
3 — 4 есе көбейтіп, астық, басқа да азық-түлік түрлерін өндіруді арттырып қазіргі ашаршылықтан құтылу.
Өсімдіктердің өсуіне қолайлы жағдай жасап, оларға қажетті көмір қышқыл газдың мөлшерін өзгертіп алынатын өнімді көбейтуге күн сәулесін пайдалану коэффицентін көтеруге болар еді. Гендарын сұрыптау нәтижесінде қазірдің өзінде күн сәулесін 205 30 процент пайдаланатын балдырлар (хлореллалар) түрлері бар.
Өкінішке орай, өскен өсімдіктердің бәрін бірдей жануарлар жемейді, ішінен керегін, ұнатқанын алады да, қалғаны іске аспай қала береді. Сөйтіп тағы біраз энергия пайдаға аспайды.
Жануарлар пайдаланған энергияның 80-90 процентін дем (тыныс) алуға, жылынуға, өмір сүруге, тек 5-10 прцентін жаңа өнім өндіруге жұмсайды. Сөйтіп бұл жолы да энергияның көбі өнім шығару үшін емес, өмір сүру үшін жұмсалады.
Бірнеше авторлар дүние жүзі өсімдіктері беретін өнім мөлшерін білу үшін зерттеулер жүргізуде. Олардың есебі бойынша құрылықта орналасқан барлық экологиялық жүйелер жылына 30 миллиард тонна шамасында органикалық материалдар өнімін беретін көрінеді. Оны төмендегі кестеден көруге болады.
Теңіздер мен мұхиттардың көлемі құрылықтан екі есе үлкен болғанмен олардыңжыл сайын беретін органикалық материалдар өнімі де осы мөлшерде – 30 миллиард тоннаға жуық.
Сонымен құрылық пен судан өсімдіктер жылына 60 миллиард тонна өнім берсе, оның тең жартысы органникалық заттардың ең маңызды бөлігі болып саналатын химиялық элемент – көміртек (С) болады.
Биосфераның жоғарыда көрсетілген энергия қоры адамдар мен жануарлардың қажетін толық өтеуге жетер еді. Бірақ, адамдар мен жануарлар, егістік жерлер мен ормандар жер бетінде бірдей орналаспаған. Бір жерде кісілер көп тұрса, ондағы органикалық материалдар өнімі аз, екінші жерде өнім көп болса, онда кісілер аз тұрады. Қазіргі кезде адамдарды энергетикалық құатпен қамтамасыз етудің қиындығы міне осында.
Энергүия құаты әуелі өсімдіктерден басталып, оларды жейтін жануарлар арқылы адамдарға жетеді. Мұны табиғаттың қоректік тізбегі деп атайды. Бұл тізбектің әр сатысында энергияның басым көпшілігі (80-90 процентке дейін) организмдердің өмір сүру қажетіне жұмсалатын болғандықтан қоректік тізбек сатылып көп болған сайын энергияның шығын, көбейіп, пайдасы азаяды. Егер сатылар қысқа болса, онда шығын азайып тікелей пайдалануға мүмкіндік туады. Қоректік тізбектің негізгі екі түрі болады.
Бірінші- жайылымдық қоректік тізбек. Ол жасыл өсімдіктерден басталып, шөппен қоректенетін жануарларға ақыры олармен қоректенетін жыртқыштарға жетеді.
Екінші- детрит қоректік тізбек. Ылай балшықта немесе қара шіріндіден басталып өте ұсақ көзге ілінбейтін организмдерден өтіп, олармен қоркетенетін жәндіктерге, ақыры оларды жейтін жануарларына жетеді. Қоректік тізбектер бір-бірінен бөлек тұрған дүние емес, азара тығыз байланысы бар, жалпы саны бірнеше мыңнан асады. Қоректік тізбектің жұрттың бәрі біледі, күнде көріп жүр. Мысалға судағы фитопланктер мен зоопланктан қоректенсе оны балық жейді ал балықты адамдар тамақ ретінде пайдаланады. Күн сәулесі энергиясын пайдаланып өскен шөпті мал жесе, малды адам жейді. Ең қысқа қоректік тізбек ретінде астық-адам тізбегін айтуға болар еді.
Пайдаланған әдебиеттер:
- «Экология», Ж. Ақбасова.
240 – 250 бет
- Экология негіздері, Сағымбаев.
42 – 47 бет
- Экология, Бейсенова
114 бет, 115 – 116 бет
- Экология және табиғатты тиімді пайдалану.
194-195 бет
