Проект "Экология и математика"

ПРОЕКТ

ЭКОЛОГИЯ И МАТЕМАТИКА

Оглавление.

Введение

Глобальные и локальные проблемы экологии

1. Уничтожение видов животных и растений, восстановление исчезающих видов

2. Проблема истребления лесного массива

3. Проблема загрязнения атмосферы, нехватки чистого воздуха

4. Загрязнение воды

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Долгая, счастливая, а самое главное – здоровая жизнь человека зависит от состояния окружающей нас природы. В настоящее время человечество стоит перед выбором: либо «сотрудничать» с природой, учитывая естественные круговороты, либо — наносить вред. Будущее человечества на нашей планете, как и самой планеты, зависит от того, что мы сегодня выберем. Но прежде, чем приступать к решению экологических проблем, нужно сначала разобраться, а что же такое экология?

Экология – это наука, которая имеет множество связей с другими науками, больше, чем другие науки. Это понятно – ведь экология изучает связи между природными (живыми и неживыми), антропогенными, техническими, социальными компонентами среды, поэтому будет иметь связи с каждой наукой, которая изучает тот или иной отдельным компоненты среды.

В центре внимания экологии — то, что непосредственно связывает организм с окружающей средой, позволяя жить в тех или иных условиях. Экологов интересует, например, что потребляет организм и что выделяет, как быстро он растет, в каком возрасте приступает к размножению, сколько потомков производит на свет, и какова вероятность у этих потомков дожить до определенного возраста. Объектами экологии чаще всего являются не отдельно взятые организмы, а популяции, биоценозы, а также экосистемы. Примерами экосистем могут быть озеро, море, лесной массив, небольшая лужа или даже гниющий ствол дерева. Как самую большую экосистему можно рассматривать и всю биосферу.

В современном обществе под влиянием средств массовой информации, экология часто трактуется как сугубо прикладное знание о состоянии среды обитания человека, и даже — как само это состояние (отсюда такие нелепые выражения как «плохая экология» того или иного района, «экологически чистые» продукты или товары). Хотя проблемы качества среды для человека, безусловно, имеют очень важное практическое значение, а решение их невозможно без знания экологии, круг задач этой науки гораздо более широкий. В своих работах, прежде чем приступать к решению определенных проблем, специалисты-экологи стараются понять, как устроена биосфера, какова роль организмов в круговороте различных химических элементов и процессах трансформации энергии, как разные организмы взаимосвязаны между собой и со средой своего обитания, что определяет распределение организмов в пространстве и изменение их численности во времени.

Экологическими проблемами можно назвать ряд факторов, означающих деградацию окружающей нас природной среды. Зачастую они вызваны непосредственной деятельностью человека. По мере развития промышленности появились проблемы, напрямую связанные с нарушением равновесия, ранее установленного в экологической среде, которые сложно компенсировать.

Экологические проблемы мира многообразны. На сегодняшний день ситуация в мире такова, что мы находимся в критическом состоянии, близком к краху. Среди глобальных проблем экологии можно отметить такие, как:

– уничтожение тысяч видов животных и растений, увеличение числа исчезающих видов;

– сокращение запаса полезных ископаемых и других жизненно необходимых ресурсов;

– истребление лесного массива;

– загрязнение и осушение мирового океана;

– нарушение озонового слоя, который защищает нас от излучения из космоса;

– загрязнение атмосферы, нехватка чистого воздуха в некоторых областях.

Сегодня практически не осталось поверхности, на которой не находились бы искусственно созданные человеком элементы. Неоспорима и пагубность влияния человека как потребителя на природу. Сегодня человечество ежедневно тратит огромное количество природных ресурсов. И все мы понимаем, что запасы этих ресурсов ограничены.

Цель исследования: посредством математических расчетов, оценить экологические проблемы как глобальные, так и локальные.

Задачи работы:

1. Обозначить основные экологические проблемы как глобальные (Россия), так и локальные (Саратовская область);

2. Произвести математическую оценку событий, сопровождающих данные проблемы;

3. Обозначить возможные пути решения проблем;

Объект исследования – глобальные и локальные экологические проблемы, экологическая статистика и числовые данные.

Предмет исследования – связь математики и экологии.

Чтобы человечество не достигло точки невозврата, осуществляются множественные процессы, процедуры, направленные на всевозможное сохранение экологического баланса. И в этом участвуют различные науки. Математика -  наука о структурах, порядке и отношениях, которая исторически сложилась на основе операций подсчёта, измерения и описанияформ реальных объектов. Математические объекты создаются путём  идеализации свойств реальных или других математических объектов и записи этих свойств на формальном языке. Математика не  относится к  естественным  наукам, но широко используется в них  как для точной формулировки их содержания, так и для получения новых результатов. Математика- фундаментальная наука, предоставляющая   (общие) языковые средства другим наукам; тем самым она выявляет их  структурную взаимосвязь и способствует нахождению самых общих законов природы.

Она является одним из предметов, который пока недостаточно связан с экологией, а между тем эти науки тесно переплетаются. Но не надо забывать, что экологизация математики дает возможность проследить процесс развития человеческих знаний во времени и пространстве.  В связи с этим актуальность данного исследования не вызывает сомнения.

Глобальные и локальные проблемы экологии

1. Уничтожение видов животных и растений, восстановление исчезающих видов

Для решения этой проблемы создаются охраняемые территории различного формата и правового статуса. Это: заказники, заповедники, резерваты, национальные и природные парки. Таких территорий более 2600 с площадью около 4 млн. кв. км в 124 странах мира.

Особая роль отведена Красной книге. С 1949 года Международный союз охраны природы вносит в ее список животных и растения, которым грозит исчезновение. Красная книга претерпела уже четвертое издание, и вот что мы видим: исчезающих видов млекопитающих 226, птиц - 181, пресмыкающихся - 35, и рыб - 168. Количество видов, которые удалось восстановить: из млекопитающих - 7 (3%), птиц - 4 (2,2%), и пресмыкающихся - 2 (5,7%).

Точно установлено, что за последние 25-50 лет в Саратовской области исчезло около 20 видов растений, 10-15 видов беспозвоночных, пять видов рыб, один вид рептилий, безнадежно потеряны 14-15 видов птиц, два-три вида млекопитающих. На занесение в новое издание Красной книги Саратовской области сегодня впервые претендуют пять видов млекопитающих: летучая мышь «гигантская вечерница», корсак, ласка, барсук азиатский и сайгак. Из птиц — серая утка, полевой лунь, кобчик, коростель, травник, обыкновенная горлица и сизоворонка. Из земноводных — гребенчатый тритон, из рыб — елец.

Вся Земля нуждается в бережном отношении. Важное место в экосистеме занимают и комар, и бабочки. И все они имеют право жить. У них такие же заботы, такие же страсти, они также любят, грустят. Поэтому мы должны беречь все. Наша задача сокращать воздействие различных химических реагентов, тяжелых металлов, электромагнитных и шумовых излучений. 

1. Проблема истребления лесного массива

Леса играют важнейшую роль в обеспечении почвы влагой. Кроны деревьев удерживают 10-30 % осадков, а опавшая листва - 20-40 т воды на 1 км²/ч. Леса защищают от наводнений. По мнению экспертов, дополнительные 10 млн га лесов в верховьях рек способны стабилизировать сток в течение года.

Лесные экосистемы являются центрами биологического разнообразия. Нетронутые леса дают приют различным видам животных и растений, зона обитания которых простирается на десятки тысяч километров, например медведям, волкам, тиграм, некоторым видам птиц. Только в лесных массивах, где редко ступала нога человека, сохраняются особые условия обитания, необходимые для жизни некоторых видов животных и растений.

Леса несут важную экологическую и социально-экономическую функцию, в частности они регулируют количество и качество поступающей в реки дождевой воды, поглощая углекислый газ, играют ключевую роль в борьбе с последствиями глобального изменения климата. Они регулируют гидрологический режим рек и почв. В тех районах, где исчез лесной покров на водоразделах рек, стали нередки наводнения или, наоборот, полное усыхание и исчезновение водного потока.

Одна из главных тем современности – это проблемы нарушения естественного функционирования экологической системы нашей планеты и как следствие – экологическая катастрофа, которую мы не сможем остановить. Проблем, которые ставят человечество на эту скользкую дорожку много. И одна из главных – это вырубка лесов. В России это явление в последние десятилетия приобрело угрожающие масштабы. Ведь территория располагает огромными ресурсами. И если раньше нас беспокоили потери тропического леса, то сегодня массовая вырубка лесов в России вывела нашу страну на лидирующие позиции в мире.

Некогда обширные лесные пространства, занимавшие более половины площади европейской части России, заметно поредели. Территория, занятая лесными массивами, на сегодняшний день составляет лишь чуть более 30%.

• 42% ныне заготавливаемой древесины расходуется на производство бумаги;

• Выбросы парниковых газов, связанные с производством бумаги, втрое превышают выбросы от всех авиаперевозок.

Я решила рассчитать, сколько леса потребуется на изготовления всего тиража учебника алгебры для 9 класса.

Размеры одной страницы учебника 14,5см на 21,5см, т.е. площадь равна 312 см² . В учебнике 580 страниц или 290 листов, значит площадь всех страниц учебника

312 ´ 290 = 90480 см² » 9,048м².

На 1000 м² нужно вырубить ¼ га = 2500 м². деревьев. Значит на производство одного учебника требуется 22,62м²

На весь тираж в 30 000 экземпляров требуется леса примерно 68 га.

Что мы, ученики сможем сделать, чтобы сохранить наши леса?

Бережно относится к учебникам, Не менять учебники каждые три года. Не бросать мусор в лесу, и на природе. Собирать и сдавать макулатуру для вторичной переработки.

Саратовские экологии создали петицию против массовой вырубки деревьев в Саратове этой весной 2021г. В тексте подчеркивается, что больше двух месяцев продолжается "тотальная вырубка зеленых насаждений и уничтожение зеленых зон", несмотря на протесты горожан. 
Над городом "нависла угроза" реализации "Программы комплексного развития транспортной инфраструктуры до 2030 года" (т.н. "новая транспортная схема"), которая "уже начала воплощаться, не будучи утвержденной". Чиновники, говорят авторы письма, упорно игнорируют мнение жителей и специалистов, демонстрируя пренебрежение и равнодушие к судьбе города и здоровью горожан. Указывается, что городская власть не может не знать о важности зеленых насаждений и их дефиците в Саратове, о высоком уровне заболеваемости сердечно-сосудистыми, респираторными, онкологическими заболеваниями. 
По информации регионального правительства, с начала пожароопасного сезона в 2020 г. на территории лесного фонда произошло 92 пожара на общей площади 1,3 тыс. га. Было выявлено 106 нарушений правил пожарной безопасности в лесах, к административной ответственности привлечены 268 человек, общая сумма штрафов превысила 1,8 млн руб.

Каковы же пути решения проблемы истребления лесного массива?

Подход к этой проблеме должен быть комплексным. Для этого необходимо придерживаться следующих направлений:

1. Ежегодно увеличивать площади посадок.

2. Создавать охраняемые территории с особым режимом лесопользования.

3. Направлять значительные силы на предотвращение лесных пожаров.

4. Внедрять вторичную переработку древесины.

1. Проблема загрязнения атмосферы, нехватки чистого воздуха

Проблема загрязнения атмосферы – одна из актуальных и трудноразрешимых проблем современности. Человечество пытается найти выход – изобретаются экологически чистые виды топлива, разрабатываются новые способы утилизации отходов, создаются безвредные материалы для производства и строительства. Основные источники, вызывающие загрязнение атмосферы, это – антропогенный и естественный.

Естественный источник – то, что происходит в природе с большей или меньшей регулярностью. От этого никуда не деться – мы вряд ли когда-нибудь сможем предотвратить извержение вулкана, гарантировать защиту от лесных пожаров или пыльных бурь. Процесс разложения животных или растений также вносит свой вклад в постепенное загрязнение атмосферы.

Антропогенное воздействие на атмосферу исходит от человека. Здесь можно выделить быстро развивающиеся и распространяющиеся промышленные предприятия, топливно-энергетический комплекс, предприятия машиностроения и, конечно, транспорт.

Сегодня в мире 600 млн. автомобилей. Ежегодно выпускается 30 млн. новых автомобилей. Каждый из них выбрасывает на 1000л топлива 200кг окиси углерода, 20 кг окисла азота, 25 кг углеводородов, 1кг сажи. При использовании этилированного (с добавлением свинца ) бензина этот высокотоксичный элемент попадает в выхлопы.

Уровень загрязнения воздуха зависит от ряда причин. Так, дизельные двигатели расходуют на 25 % меньше топлива, чем бензиновые; в дизельном топливе нет соединений свинца; при их работе выделяется многократно меньше угарного газа, но больше сажи и соединений серы. Чем больше расходуется топлива на единицу пробега, тем выше загрязнение: тяжелые грузовики расходуют его в несколько раз больше, чем легковые автомобили. Состав выхлопных газов зависит также и от того, насколько отрегулирован двигатель.

Норма расхода топлива автотранспортом

Тип автотранспорта	Средние нормы расхода топлива (л на 100 км)	Удельный расход топлива Yj (л на км)
Легковой автомобиль	11-13	0,11-0,13
Грузовой автомобиль	29-33	0,29-0,33
Автобус	41-44	0,41-0,44
Дизельный грузовой автомобиль	31-34	0,31-0,34

Количество автомобилей, пройденных по улица Бубнова

Тип автотранспорта	Всего за 15 минут	За 1 час, Nj, шт.	Общий путь за 1 час, L, км
1	2	3	4
Легковые автомобили	39	156	15,6 км
Грузовые автомобили	16	64	6,4 км
Автобусы	4	16	1,6 км
Дизельные грузовые автомобили	12	48	4,8 км

Рассчитаю количество топлива, сжигаемое двигателями автомашин

R =S x K –расход топлива на 1 км пути в литрах, для бензиновых двигателей он примерно составляет 0.4 л, для дизельных – 0.1л.

Количество сжигаемого топлива

Тип автомобиля	N	Количество топлива разного вида
		бензин	дизельное топливо
1. Легковые автомобили	156	1,7 л	—
2. Грузовые автомобили	64	1,8 л	―
3. Автобусы	16	―	0,7 л
4. Дизельные грузовые автомобили	48	—	1,5 л
Всего л	7,5 л

. Рассчитаю количество выделившихся вредных веществ на выбранном участке дороги по бензину. Для этого воспользуемся такими данными: при сгорании топлива, необходимого для пробега 1 км, выделяется 0.6 л угарного газа, 0.1 л углеводородов, 0.04 л диоксида азота. При сгорании дизельного топлива вредных выбросов выделяется в 4 (!) раза меньше.

Расчетная оценка количества выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта

Вид топлива	Кол-во топлива, л	Количество вредных веществ, л
		СО	Углеводороды	NO2
бензин	5,3 л	3,18 л	0,21 л	0,7 л
Дизельное топливо	2,2 л	0, 2 л	0, 06 л	0, 07 л
Всего (V), л	7,5 л	3,38 л	0,27 л	0,77 л

Получается, что в год в атмосферу России только с легковых автомобилей выделяется 11,4 млн тонн углекислого газа, 4,23 млн тонн углеводорода и 1,23 млн тонн окислов азота. Шокирующее цифры, не правда ли? А ведь из этой ситуации есть очень хороший выход!

На сегодняшний день в странах Европы активно в обиход входят электромобили. Они работают только на электричестве и не выбрасывают в атмосферу никаких отходов. Конечно они стоят намного дороже обычных легковых автомобилей и у них есть один недостаток – электромобиль в среднем проезжает около 170 км, а после ему требуется зарядка аккумулятора. Но согласитесь, что это дело времени, и наше с вами государство должно уже сегодня стремиться к продвижению электромобилей в стране ради чистого воздуха в городах.

Как решить проблему и сохранить экологию? Проблема загрязнения атмосферного воздуха очень актуальна и решать ее нужно комплексно и несколькими путями. Рассмотрим несколько эффективных мероприятий по профилактике загрязнения атмосферного воздуха:

• Для борьбы с загрязнением воздуха на отдельных предприятиях следует в обязательном порядке устанавливать очистные и фильтрующие сооружения и системы. А на особо крупных промышленных заводах нужно начать введение стационарных постов наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха.

• Во избежание загрязнения воздуха автомобилями следует переходить на альтернативные и менее вредные источники энергии

Одна из главных тем современности – это проблемы нарушения естественного функционирования экологической системы нашей планеты и как следствие – экологическая катастрофа, которую мы не сможем остановить. Проблем, которые ставят человечество на эту скользкую дорожку много. И одна из главных – это вырубка лесов. В России это явление в последние десятилетия приобрело угрожающие масштабы. Ведь территория располагает огромными ресурсами. И если раньше нас беспокоили потери тропического леса, то сегодня массовая вырубка лесов в России вывела нашу страну на лидирующие позиции в мире.

1. Загрязнение воды

Одна из наиболее острых проблем - проблема воды, без которой нет жизни. Три четверти нашей планеты покрыты водой, общий объем водных ресурсов земли - 1,4 млрд. кубометров. Из этого объема 92,2% соленая морская вода, 2,2% - горные и полюсные ледники. Пресная вода рек, озер и подземных водоносных горизонтов составляет всего 0,6% имеющихся на земле общих запасов воды.

На одного человека в России приходится в год 520 м³ сточных вод, из

которых 370 м³ представляют собой загрязненные воды. В этом объем воды содержится примерно 17 кг загрязняющих веществ.

Вода — это самый ценный природный ресурс. Ее роль — участие в процессе обмена всех веществ, которые являются основой любой жизненной формы. Невозможно представить себе деятельность промышленных, сельскохозяйственных предприятий без использования воды, незаменима она в бытовой жизни человека. Вода необходима всем: людям, животным, растениям. Для кого-то она является средой обитания. Бурное развитие жизнедеятельности людей, нерачительное использование ресурсов привело к тому, что экологические проблемы (загрязнение воды в том числе), стали слишком острыми. Их решение стоит у человечества на первом месте. Ученые, экологи всего мира бьют тревогу и пытаются найти решение мировой проблемы дефицита пресной воды.

Сегодня во многих водоемах естественные условия нарушены человеком. Бытовые и промышленные стоки часто превращают реки в мутные, дурно пахнущие, наполненные ядом, болезненные канавы.

Люди сбрасывают в реки и озера нефтепродукты, полуфабрикаты и другую грязь не всегда, задумываясь о том, что потом эту воду им надо пить.

В воду ежегодно сбрасывается 55 км³ сточных вод. Из них 20 км³ загрязнены. Какой процент всех сточных вод остается очищенным? 5 5: 100 = 0,55(км³)–1%

1. 20 : 0.55 ≈ 36%– очищенные воды

Ежегодно используемый объем воды в нашей стране 67 км³. 40% из них не соответствует норме питьевой воды. Сколько кубических километров не соответствует нормам питьевой воды?

1. 67 ∙ 0.4=26,8(км³)

В Аткарском районе насчитывается 11 тысяч колодцев, однако качество воды в 40% из них не отвечает нормативам питьевой воды по уровням химических загрязнений, а в остальных 60% не соответствует нормативным микробиологическим показателям. В районе содержание железа в питьевой воде превышает ПДК (предельно допустимую концентрацию), которая составляет 0,3 мг/дм³, в 33 раза.

Причин у низкого качества питьевой воды несколько. Это неконтролируемый сброс отходов предприятий в реку. Сброс частных канализаций в ту же реку. Из многих домов канализационный слив идет прямо в реку. Еще одна причина заключается в изношенности водопроводных сетей Аткарска. Изношенные трубы - мина замедленного действия. Рвануть может в любой момент и население может попросту остаться без воды. Также тяжелые металлы в воде приводят к развитию серьезных заболеваний у человека.

Данную проблему надо решать комплексно. Поменять трубы и внедрить современную систему очистки воды.

Для решения проблемы недостатка воды в Аткарске в первую очередь нужно отреставрировать и запустить водяные резервуары объемом 1200 кубометров, восстановить глубинный насос на улице Южной, рассмотреть возможность перевезти дизельную станцию в город для улучшения давления при подаче воды, обеспечить запас дополнительных насосов на водозаборы

Изучение проблем экологии помогает людям научиться экологически мыслить, обрести экологическое самосознание, чувствовать себя ответственным за отношения Человека и Природы, оценивать причины неблагоприятной экологической обстановки и принимать меры для исправления экологических ошибок, а также тяжелых экологических болезней.

Заключение

Таким образом, на основе проведенных исследований, оценены экологические проблемы как глобальные, так и локальные, что являлось целью данной работы.

При решении задач экологического содержания, объединяются эмоциональное восприятие с рациональным восприятием. Математика создает условия для развития умения давать количественную оценку состояния природных объектов и явлений, положительных и отрицательных последствий деятельности человека в природном и социальном окружении. Экологизация математики способствует получению знаний об окружающем мире и его экологических проблемах и формируются представления о роли математики в решении экологических проблем.

Изучение проблем экологии помогает людям научиться экологически мыслить, обрести экологическое самосознание, чувствовать себя ответственным за отношения Человека и Природы, оценивать причины неблагоприятной экологической обстановки и принимать меры для исправления экологических ошибок, а также тяжелых экологических болезней.

Использованная литература:

1. «Я познаю мир. Экология» А.Е. Чижевский (Астрель 2003)

2. Комплект образовательных материалов (Зеленый пакет) К. Минджов (переводчик И. Петров) (Венгрия 2005)

3. Большая энциклопедия знаний (жизнь на земле) перевод с англ.В.В. Свечников, О.И. Чибисова (РОСМЭН 2008)

4. Экология. Элективные курсы. 9 класс. М.В. Высоцкая. 2007г.

5. Экология России. М: АО «МДС». Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова 1996г.

6. Практикум по экологии. АО «МДС». С.В.Алексеев, Н.В. Груздева. 1996г.

7. Энциклопедия. Древо познания.

8. http://kakpravilno.biz/2012/02/bytovye-otxody-chto-s-nimi-delat/

9. http://pravmin74.ru

10. http://www.ekopromstroi.ru/svidotxodov.php

11. http://musoranety.narod.ru/civil_chast.html