Исследование состояния водоемов ЗАТО Звездный городок Московской области

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кузьмин В.А. 1

---

1МБОУ "СОШ имени В.М. Комарова"

Чибирёва О.И. 1Рачинская М.В. 2

---

1МБОУ "СОШ имени В.М. Комарова"

2Самозанятый тьютор

Работа в формате PDF

3.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Водоемы являются естественным аккумулятором большинства загрязняющих веществ из воздуха и почвы. Это связано с тем, что вода растворяет очень многие вещества; с круговоротом воды в природе, а также с тем, что в водоемах собираются различные сточные воды.

Вода используется человеком для различных нужд - бытовых и промышленных.

Антропогенное загрязнение окружающей среды (т.е. человеком, результатами его деятельности) может быть весьма разнообразным. Основными источниками являются промышленные предприятия, энергетический комплекс, транспорт, сельское хозяйство и бытовые отходы. Присутствие загрязняющих веществ в водной среде оказывает влияние на жизнедеятельность отдельных живых организмов и на функционирование всей водной системы.

Также водоемы в населенных пунктах являются элементом ландшафтного дизайна и источником эстетического удовольствия.

Актуальность: Основная задача нашего исследования - установить, каково экологическое состояние водоемов, не загрязнены ли они, для каких целей используются, составить характеристику для дальнейших более глубоких экологических исследований.

Цель: изучить состояние нескольких наиболее крупных водоемов ЗАТО Звездный городок Московской области.

Гипотеза: состояние водоемов ЗАТО Звездный городок удовлетворительное с точки зрения экологического состояния, нет следов негативного антропогенного воздействия (загрязнений) и эвтрофикации (гибели, заболачивания).

Задачи:

собрать и изучить сведения о водоемах;

провести визуальные наблюдения состояния водоемов;

выполнить качественные и количественные химические и физико-химические анализы образцов воды из водоемов;

выполнить общий мониторинг загрязненности воды по состоянию флоры и фауны.

Объекты исследования: вода и донный ил водоемов ЗАТО Звездный городок.

Предмет исследования: оценка экологического состояния водоемов ЗАТО Звездный городок по физико-химическим параметрам воды и активности донного ила.

Методы исследования: теоретический, эмпирический, практический.

Глава 1. Вода - наше богатство. Как его сберечь? (Литературный обзор)

1.1 Вода и водоемы в жизни человека и человечества

С водой хорошо знаком каждый из нас: мы умываемся по утрам, пьем чай и другие напитки, любим купаться и бегать под дождем летом под "жидкой" водой, не боясь промокнуть, и кататься на коньках и лыжах по "твердой" воде зимой.

Вода не только окружает нас в быту и природе. Сам человек на 3/4 состоит из воды. На нашей планете нет жизни без воды. В каждом живом организме, в каждой его клеточке протекают бесчисленные химические реакции с участием воды (рис.1.1).

В ода постоянно движется, заменяется и изменяется, и в живых организмах, и в объектах неживой природы, но общее количество воды на Земле постоянно.

Постоянный объем воды обеспечивается благодаря круговороту воды на Земле (рис.1.2).

Вода испаряется с поверхности океана, частично переносится на континенты, а затем выпадает на суше в виде осадков и возвращается обратно в океан в виде рек. Поэтому общий объем воды в гидросфере, в целом, всегда одинаков - 1388 млн. км³.

В сю воду на планете можно рассматривать как весь возможный запас. Основная масса воды на Земле - соленая (96,4%), пресной воды - в жидком и твердом (лед) состоянии всего 3,6 % (рис.1.3).

Чаще под водными ресурсами (запасами) понимают только пресную воду - воду, которая находится в озерах, водохранилищах, подземных и наземных реках (рис. 1.4). Если принять весь запас воды на планете за 1000 л, то пресная вода, необходимая всему живому и прежде всего человеку, составляет из этого количества всего 30 л, из которых лишь 5 л пригодны к употребления, а из этих 5 литров человеку доступны 0,03 л, то есть седьмая часть стакана [1].

Ч еловек может расходовать на себя и на хозяйство только возобновляемые ресурсы пресной воды, т.е. только очень небольшую часть воды (объем ежегодно возобновляемых речных пресных ресурсов на Земле - 41 700 км³). Причем в водоемах необходимо оставлять достаточно воды, чтобы они не пересыхали и оставались элементом ландшафта и в них могли нормально существовать водные обитатели.

К природному дефициту воды люди приспосабливались, строя поселения вдоль рек, которые обеспечивали питьевой водой, делали возможным организацию быта, судоходство, ведение хозяйства и даже оборону.

Любопытно, если нанести на карту деревни, поселки и города, то большая часть окажется поблизости морского побережья, рек и озер и обозначит контуры гидрографической сети той или иной страны.

Не случайно водным источникам прежде поклонялись, ведь вода - это жизнь.

Но постепенно растущее население и его хозяйство создали новый тип дефицита воды - техногенный. Постепенно нарастал объем воды из рек или озер, который не возвращался обратно. Больше становилось сточных и загрязненных вод [2-4].

1.2 Экологический мониторинг водоемов населенных пунктов и его значение

З агрязнение океана; истощение и загрязнение поверхностных вод суши, континентальных водоемов, подземных вод; нарушение баланса между поверхностными и подземными водами - всё это относится к основным глобальным проблемам экологии Земли [5].

Если 80-90 лет назад норма водопотребления на одного человека на хозяйственно-бытовые нужды составляла 18-20 л/сут [6], то сейчас эти объемы возросли в 10 раз и более (рис. 1.5) [4].

Кроме того, огромные количества воды расходуются на промышленность и сельское хозяйство (рис. 1.6) [4].

В этих условиях огромное значение играет защита и сбережение источников пресной воды.

Т ехногенный дефицит воды преодолевается с помощью технологий водосбережения, когда вода, пройдя несколько ступеней очистки от загрязнений, возвращается в водоем и включается в естественные процессы (круговорот).

Для сохранения водоемов необходимо следить за их состоянием - выполнять биоэкологический мониторинг. При биоэкологическом мониторинге предполагается контроль над содержанием токсичных для человека химических веществ в атмосфере, природных водах, растительности, почве.

П роводят мониторинг гидрометеорологические, водохозяйственные и санитарно-эпидемиологические службы.

В системе экологического мониторинга постоянно должны реализовываться две цели:

Постоянная оценка «комфортности» условий среды обитания человека и других биологических объектов (растений и животных).

Сбор и предоставление информации для принятия решений по защите окружающей среды и сохранению экологического равновесия (рис.1.7) [7].

В экологическом мониторинге применяются разные методы, как химические и физико-химические, так и специально разработанные экологические [8-11].

1.3 Для чего нужно следить за состоянием водоемов?

К азалось бы, вода из водоемов не оказывает прямого влияния на наше состояние и здоровье. Ведь мы не пьем воду непосредственно из рек и озер, сначала она очищается. А значит, загрязнения из воды для нас не представляют опасности.

Но в природе все связано со всем. Все, что человек сбросил в природу (воду, почву, воздух), рано или поздно вернется к нему через цепи питания в виде болезней (рис.1.8).

"Болеет" от человека природа - болеет и сам человек.

Таким образом, при анализе литературы мы установили, что вода - одно из самых важных веществ на нашей планете.

Запасы ее, доступные и необходимые человеку, ограничены и постоянно снижаются. Поэтому экологический мониторинг водоемов разного уровня - одна из актуальнейших задач для сохранения жизни человека и экологического равновесия в природе. Все в природе взаимосвязано, и наблюдая за изменениями в свойствах воды и за ее обитателями, можно заблаговременно выявить признаки гибели водоема и спасти его.

Так, накопление осадков в озерах и их зарастание являются нормальными процессами развития озер, совершающимися непрерывно, но темп зарастания и "умирания" озер различен и под влиянием антропогенного фактора (загрязнения человеком) ускоряется многократно!

Каждое озеро, речка, пруд с пресной водой - это наше богатство. Нужно его беречь!

Глава 2. Практическая часть

Использованные реактивы и оборудование:

Реактивы: вода дистиллированная и водопроводная. хозяйственное мыло 72 %, стиральный порошок, перманганат калия KMnO_­4­ (марганцовка), тест НИЛПА "рН" для измерения уровня кислотности воды, вода с белковым загрязнением.

Оборудование и материалы: пробирки, контейнеры полимерные, банки стеклянные 500 мл, фольга пищевая, вата, мерный стеклянный цилиндр 500 мл, пластиковые бутылки 1,5 л, линейка, весы аналитические электронные LiazON (200 г, точность 0,01г), переносной анализатор - солемерTDS-3 (HM Digital, Inc., Южная Корея).

Методики, использованные при выполнении работы.

Отбор проб для изучения и их анализ выполняли по стандартным методикам экологического мониторинга воды и водоемов [12-15]

2.1 Отбор проб и приготовление необходимых растворов

2.1.1 Отбор проб

Отбор проб производили с берега.

Воду набирали в тщательно отмытые пластиковые бутылки емкостью 0,5 литра.

Воду брали без донных осадков и прочих примесей (листьев, растений и т.п.).

Дома воду отфильтровали через тканевую салфетку.

Емкости с подготовленной водой подписали (название водоема, место отбора пробы, дата, время). Образцы до анализа держали в темном прохладном месте. Анализы проводили в течение 2-3 дней с момента отбора проб.

2.1.2 Отбор проб донного ила

Отбор проб донного ила производили в стерильные пластмассовые емкости с крышками. Образцы до анализа держали в темном прохладном месте. Модельные эксперименты закладывали в течение 2-3 дней с момента отбора проб.

2.1.3 Приготовление растворов, использованных в работе

2.1.3.1 Приготовление раствора перманганата калия ("марганцовки")

Несколько крупинок "марганцовки" растворили в 50 мл дистиллированной воды до получения ярко-розового раствора.

2.1.3.2 Приготовление раствора хозяйственного мыла

Для приготовления раствора хозяйственного мыла 0,1 г хозяйственного мыла растворили в 100 мл горячей воды. После полного растворения мыла, оседания пены и охлаждения до комнатной температуры раствор использовали для экспериментов.

2.1.3.3 Приготовление водного раствора, содержащего белковые вещества

Для приготовления воды, содержащей белок, сырое мясо вымыли в воде. Эту воду использовали для модельных экспериментов с донным илом из исследуемых водоемов.

2.2 Изучение органолептических показателей воды в водоемах

Органолептические методы анализа основаны на оценке параметров окружающей среды при помощи органов чувств (органы зрения, обоняния). При определении показателей качества воды проводили 3-х кратное повторение исследования. Данные об отборе проб вносили в лабораторный журнал.

2.2.1 Определение цвета воды

Цветность воды определяли визуально.

Заполнили пробирку водой. Отметили цвет воды, сравнили его с белым фоном бумаги (бурый, светло-коричневый, желтый, светло-желтый, бесцветный). Цвет рассматривали при дневном освещении, сбоку, затем сверху. Рядом поставили такую же пробирку с дистиллированной водой в качестве эталона. Цветность оценивали по шкале (таблица 2.1).

Таблица 2.1.

Шкала для качественного определения цветности воды

2.2.2 Определение прозрачности воды

Качественное определение.

Пробирку заполнили водой до высоты 10-12 см и определяли мутность воды, рассматривая пробирку на темном фоне при достаточном боковом освещении. Пробу описывали качественно: прозрачная, слабо опалесцирующая, опалесцирующая, слегка мутная, мутная, очень мутная.

Количественное определение (по высоте столба жидкости).

Для опыта использовали прозрачный стеклянный цилиндр диаметром 3 см, высотой 30 – 35 см. Исследование проводили в хорошо освещенном помещении, на расстоянии 1 м от окна. Воду хорошо перемешали и налили в цилиндр, защищенный от бокового света экраном. Цилиндр установили над стандартным шрифтом (высота шрифта 3,5 мм ширина линии 0,35 мм) на высоте 4 см. Просматривая шрифт сверху через столб воды и сливая (или доливая) воду в цилиндр, находили высоту столба (с точностью до 10 мм), еще позволяющую читать шрифт.

Отметили, на какой высоте исчезла видимость шрифта. Измерили высоты столбцов воды для каждого образца линейкой и выразили прозрачность воды в сантиметрах. Оценка результатов анализа: 30 см и выше - хорошая прозрачность; 10 см и менее - вода мутная.

2.2.3 Определение запаха воды

Характер запаха и его интенсивность определяли при 20 и 60 °С. Закрыли пробирку с водой пробкой и интенсивно встряхнули. Открыли пробирку и осторожно понюхали воду. Отметили интенсивность и характер запаха. Также оценили интенсивность и характер запаха воды, нагретой на водяной бане примерно до 60 °С.

Согласно данным таблицы 2.2 интенсивность запаха природных вод не должна превышать 2 балла.

Таблица 2.2

Интенсивность запаха воды

Характер запаха воды:

●ароматический (огуречный, цветочный);

●болотный (илистый, тинистый);

●гнилостный (фекальный, сточной воды);

●древесный;

●землистый (прелый, свежевспаханной земли, глинистый);

●плесневый (затхлый, застойный);

●рыбий (рыбы, рыбьего жира);

●сероводородный (тухлых яиц);

●травянистый (скошенной травы, сена);

●неопределённый (не подходящий под предыдущие определения).

Данные оценки запаха воды внесли в лабораторный журнал.

Еще одним показателем, который определяют при органолептической оценке воды, является вкус и привкус воды. Так как вода в исследуемых водоемах не предназначена для питья, вкус ее не определяли.

2.3 Определение качества воды методами физико-химического анализа

2.3.1 Определение водородного показателя

Кислотность воды оценивали с помощью рН-теста НИЛПА (для определения уровня кислотности воды в аквариуме в интервалах значений рН от 4,5 до 10,0).

Перед применением индикатор тщательно перемешали.

Мерный стаканчик прополоскали тестируемой водой два раза, затем поместили в него 10 мл воды. Добавили две капли индикатора, закрыли стаканчик крышкой и перемешали круговыми движениями, подождали 3 минуты.

Стаканчик с окрашенной жидкостью поставили на белый фон прилагаемой цветной шкалы.

Сопоставили цвет жидкости в стаканчике с цветовой шкалой. Результаты занесли в таблицу.

2.3.2 Определение жесткости воды

Общую жесткость воды (суммарное содержание ионов кальция и магния) оценивали с помощью переносного анализатора - солемераTDS-3 (HM Digital, Inc., Южная Корея).

Э тот прибор предназначен для измерения общего количества частиц растворенных в воде солей на один миллион частиц воды (единица измерения - ppm, parts per million).

Данные при необходимости переводили в другие единицы измерения согласно таблице из инструкции по использованию прибора, в частности, в немецкие градусы жесткости.

По содержанию солей принято классифицировать жесткость воды следующим образом:

Таблица 2.3.

Жесткость воды по содержанию солей [16]

Группа вод	Единица измерения, ­­d0­­ (немецкий градус)
Очень мягкая	0 -5
Мягкая	5 - 10
Средней жесткости	10 - 20
Жесткая	20 - 30
Очень жесткая	более 30

2.3.3 Определение химического потребления кислорода (ХПК)

Определение химического потребления кислорода (ХПК) или окисляемости проводили с помощью раствора перманганата калия (перманганатная окисляемость). Таким способом качественно определяли содержание органических веществ в воде.

В 2 пробирки налили по 5 мл воды, в одну - дистиллированную воду, в другую – исследуемую воду. В каждую пробирку прибавили по одной капле раствора перманганата калия. Оставили на 30 минут. Наблюдения оценивали по таблице 2.4.

Таблица 2.4.

Ориентировочная величина перманганатной окисляемости

Также показатели кислотности рН, общей жесткости, перманганатной окисляемости были оценены в лаборатории "Леруа Мерлен-Ногинск".

2.4 Оценка загрязненности воды поверхностно-активными веществами (ПАВ)

З агрязненность воды в водоемах поверхностно-активными веществами определяли качественно, по форме капли воды, нанесенной на полотно из 100 % натуральной шерсти.

На образец из чистой шерсти из шприца на 10 мл без иглы наносили 1 каплю воды из водоема и каплю раствора средства для стирки [17]. Отмечали, смачивается или нет шерстяной образец этими тремя жидкостями, наблюдали за формой и поведением капли жидкости в каждом случае (оставалась на поверхности в виде капель или растекалась по поверхности и/или впитывалась в нее) (рис.2.2). Шерсть выбрали, исходя из предварительных наблюдений, что капля воды, нанесенная на шерстяной образец, не растекается и долго способна сохранять форму, не впитываясь.

Результаты заносили в таблицу и фиксировали на фото.

Качественная оценка пенистости

Для оценки пенистости воду из каждого водоема налили в пластиковую бутылку объемом 0,5 л на 1/3 объема и взбалтывали в течение 30 секунд. Пробу считали положительной, если пена сохранялась более 1 минуты.

2.5 Определение качества воды методами экологического мониторинга

2.5.1 Определение биологической загрязненности воды методом «подводной пробы»

Одинаковое количество листьев березы (по 10 шт.) поместили в стерильные стаканы с испытуемой водой, прикрыли крышками или фольгой, поместили в темноту при температуре 18-20 °С. Контроль - 10 листьев березы в дистиллированной воде в тех же условиях. Следили за состоянием листьев в течение 40 дней [18]. Наблюдения отмечали фотофиксацией и описывали.

2.5.2 Качественная оценка активности донных микроорганизмов.

2.5.2.1 Качественная оценка активности донных микроорганизмов (раствор мыла)

Поместили в прозрачный пузырек примерно 1/2 чайной ложки донного ила и залили сверху 50 мл 1 %-го раствора хозяйственного мыла в воде из того водоема, из которого взяли образец ила. Взболтали емкость. Наблюдения занесли в таблицу.

Неплотно прикрыли сосуд комочком ваты и оставили на 12 часов. Снова взболтали емкость. Наблюдения занесли в таблицу.

2.5.2.2 Качественная оценка активности донных микроорганизмов (белковый раствор)

Внесли в чистый стакан 1/2 чайной ложки донного ила и влили 50 мл воды из водоема, к которой предварительно добавили воду, содержащую белок (от промывки сырого мяса). Встряхнули, оценили запах содержимого.

Неплотно прикрыли стакан и оставили на 12 часов. Снова взболтали емкость. Оценили запах. Наблюдения занесли в таблицу.

Глава 3. Результаты и их обсуждение

3.1. Общие сведения об актуальности и выборе объектов исследования

Объектом исследования мы выбрали несколько крупных водоемов ЗАТО Звездный городок (Моск. обл.).

Водоемы в черте города, особенно пруды и озера, являются резервуаром пресной воды, потенциально пригодной для бытовых, промышленных и агротехнических целей. Они влияют на микроклимат и санитарное состояние населенного пункта. Так, например, именно в водоемах происходит размножение многих беспозвоночных, распространяющих опасные болезни, приводящих даже к эпидемиям. Также обитатели водоемов могут быть промежуточными хозяевами для распространителей болезней [19-21].

Значимая функция водоемов в черте города состоит и в том, что они являются объектом эстетического наслаждения для населения и важным элементом рекреационных зон (мест отдыха).

Сохранение водоемов и контроль за их экологическим и санитарно-гигиеническим состоянием - актуальная, требующая контроля проблема, поскольку они являются непосредственным накопителем большинства загрязняющих веществ, поступающих в воздух и почвы, как естественным образом (гуминовые вещества, соли, органические остатки растений и животных, ионы металлов из почвы), так и в результате деятельности человека (нефтепродукты, стоки предприятий, синтетические детергенты, удобрения с полей, гербициды, канализационные стоки и т.п.).

Это связано с тем, что

вода - универсальный растворитель,

с круговоротом воды в природе, а также

с тем, что водоемы - конечный пункт на пути движения различных сточных вод.

В любом случае, водоемы представляют собой биом, входящий в экосистему, и нарушение равновесия в нем влечет за собой изменения биоценозов и экосистемы, в целом [22-24].

Стоит также отметить, что закрытые пресные водоемы подвержены эвтрофицированию (насыщению биогенными веществами) и постепенному заболачиванию. В природе заболачивание - это естественный процесс старения и гибели водоема. Происходит он очень медленно (для глубоких озер до миллионов лет). Но в населенных пунктах влияние антропогенного фактора (деятельности человека и его использования водоемов) очень сильно, и этот процесс ускоряется в разы и может занимать считанные годы [25, 26].

Мы решили провести свое исследование по состоянию водоемов ЗАТО Звездный городок для того, чтобы понимать, в каком состоянии и на какой стадии развития находятся наиболее крупные озера нашего городка. Ведь первые признаки начинающейся гибели озера могут появиться незаметно. Но их можно отследить, если планомерно оценивать некоторые параметры воды и выполнять экологический мониторинг состояния водоемов по растениям и животным.

Целью данного проекта является первичная оценка состояния водоемов ЗАТО Звездный городок.

Исследования водоемов проводили по комплексной программе.

Эта исследовательская работа предполагается как первая в серии научно-исследовательских работ, посвященных наблюдению и экологическому мониторингу водоемов ЗАТО Звездный городок. Главная ее задача - получение общей информации, совокупной картины состояния водоемов, следовательно, часть параметров мы оценивали лишь качественно и не по полной программе экопаспорта.

В следующей работе планируется круг изучаемых показателей расширить. Особое внимание будет уделено оценке индекса Гуднайт-Уотлея (для оценки степени эвтрофицирования водоемов), а также оценке биотического индекса по донным беспозвоночным (макрозообентосу) [27, 28].

3.2 Физико-географическая характеристика объектов мониторинга

Территория городского округа Звёздный городок Московской области представляет собой посёлок с многоэтажной (городской) застройкой, находящийся в центре обширного лесного массива.

Городок расположен на Мещерской низменности. В западной части низменности располагаются обширные заболоченные низины с группами остаточных озер, слабо дренируемых реками. Реки врезаны неглубоко, течение их медленное, и они подвергаются интенсивному зарастанию. Территория городского округа относится к физико-географическому району Подмосковная плоская зандровая равнина. Город относится к зоне достаточного увлажнения [29].

На территории городского округа расположены водные объекты с подземным (ключевым) питанием:

Первое и Второе озера Звёздного городка к северо-западу от застроенной части;

п руд в микрорайоне Леониха на северо-востоке.

На электронной карте указаны исследуемые водоемы (рис.3.1). Водоемы находятся в черте городка. Рядом не наблюдается никаких источников загрязнения, таких как промышленные предприятия, свалки твердых отходов (бытовых или промышленных), автомагистрали, ЖД-линии, хранилища горюче-смазочных материалов и т.п.

Нам удалось собрать следующие сведения об исследуемых водоемах (по некоторым архивным данным из социальных сетей и свидетельствам местных жителей, давно проживающих в городке).

Водоем 1. Центральное озеро.

В 70-е годы в городок часто приезжали иностранные космонавты. Водоем очень любили местные рыбаки, но в связи с частыми визитами иностранцев рыбная ловля была запрещена. Чтобы "простой" народ "не мелькал перед глазами". Спустя некоторое время был отдан приказ вырыть озеро для рыбалки - второе озеро (или водоем) из исследуемых нами.

В этот водоем осуществляется слив воды из школьного бассейна, также все стоки ливневой канализации городка выходят в это озеро. Стоит задуматься о причинах мутности воды в этом водоеме. Очевидно, антропогенный (человеческий) фактор играет в этом значительную роль. Также весьма вероятно, что наблюдаемые невооруженным глазом большие количества микроводорослей также обязаны своим бурным ростом веществам, содержащимся в упомянутых выше стоках.

Водоем 2. Второе озеро

Это искусственно созданный водоем. При его создании быстро дошли до водоносного слоя, источником которого является подземная речка. Эта речка, к тому же, проходит через все исследуемые озера. Она образовалась в 1943 году - когда удлиняли Чкаловский аэродром, протекающую поблизости поверхностную речушку направили через трубы под землю.

Водоем 3. Леонежское озеро

Третий исследуемый водоем - это песчаный карьер, в котором добывали песок в 60-е годы ХХ века для строительства гарнизонов. Когда дошли до водоносного слоя, то карьер забросили, и он постепенно наполнился водой.

Другие сведения о водоемах представлены в таблице 1 Приложения.

3.3. Оценка органолептических показателей воды из водоемов ЗАТО Звездный городок

Органолептические показатели - запах, мутность, наличие цвета, не характерного для чистой воды - сразу заметны. Без измерений приборами и специальных анализов, а лишь оценкой при помощи органов чувств человека, они могут указать на то, что в водоеме наблюдаются экологические проблемы.

Результаты оценки органолептических показателей приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Оценка органолептических показателей воды водоемов ЗАТО Звездный городок

3.4 Оценка физико-химических свойств воды из водоемов ЗАТО Звездный городок

Физико-химические показатели воды оценивали качественно или полуколичественно, для составления общего представления о состоянии воды в озерах. Результаты представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Оценка физико-химических показателей качества воды

Примечание: НИ = наши измерения приборами и наборами, доступными в домашних условиях.

рН - показатель кислотности или водородный показатель - является индикатором загрязнения открытых водоемов как различными химическими соединениями, вымываемыми из почвы, или при попадании в них кислых или щелочных сточных вод, так и при биологических загрязнениях (продуктами жизнедеятельности или разложения растений и животных).

рН определяют в интервале от 1 до 14.

Нейтральный рН чистой воды равен 7,

менее 7 - среда кислая,

более 7 - щелочная.

В большинстве природных вод рН находится в пределах от 6,5 до 8,5 и зависит от соотношения концентраций углекислого газа СО­­_2­­, растворенного в воде и ионов солей угольной кислоты (которая образуется при растворении углекислого газа в воде). Более низкие значения могут наблюдаться в кислых болотных водах. Летом при интенсивном фотосинтезе рН может повышаться до 9,0. На величину рН влияет содержание различных химических соединений в воде [11].

Присутствующие в воде соединения (органические - от растений и животных и неорганические химические соединения) окисляются бактериями и химически, т.е. они изменяются, вступая в реакцию с кислородом, содержащимся в воде. Поэтому окисляемость является комплексным показателем, который характеризует все процессы окисления, которые происходят в водоеме. В настоящее время он считается одним из наиболее информативных показателей загрязнения вод. Результаты определения окисляемости выражаются в миллиграммах потребленного кислорода на 1 л воды (мгО/л).

Как мы видим из результатов таблицы 3.3, физико-химические показатели качества воды во всех трех озерах довольно близки.

Показатель кислотности воды и перманганатная окисляемость находятся в пределах нормы (Нормативы СанПин 2.1.4.1074-01 - 6,5-9 единиц рН [30] и окисляемость не более 5 мг кислорода на литр воды).

Жесткость воды - средняя в Центральном и Леонежском озере, более высокая, но также в пределах нормы - во Втором.

3.5. Загрязненность воды в водоемах ЗАТО Звездный городок ПАВ

Загрязненность воды в исследуемых водоемах детергентами (ПАВ) оценивали качественно: по способности воды сохранять форму капли на поверхности шерстяного полотна и по пенистости воды [10] (таблица 3.3).

Таблица 3.3

Качественная оценка загрязненности воды ПАВ (детергентами)

Как видим по результатам двух этих опытов, выраженных признаков загрязненности воды поверхностно-активными веществами не наблюдается.

Капли воды на поверхности шерстяного полотна сохраняют форму. Это указывает на то, что поверхностное натяжение воды из водоемов достаточно высоко, чтобы вода оставалась и перекатывалась в виде капель, а не впитывалась в полотно, как, например, раствор средства для стирки, который при нанесении на шерстяное полотно сразу растекался по поверхности и впитывался (рис.3.2).

Р аствор средства на основе ПАВ содержит вещества, которые снижают поверхностное натяжение воды (делают поверхностную пленку слабой) и за счет этого такой раствор улучшает смачивание загрязнений, разбивает частички грязи на мелкие фрагменты и выводит их с одежды [31].

Если бы вода из исследуемых водоемов содержала заметные количества ПАВ (детергентов) из бытовых и/или промышленных стоков, вода бы не сохраняла форму капли на поверхности и пенилась при встряхивании.

Можно сделать вывод, что вода не загрязнена ПАВ.

Итак, сопоставив полученные данные (выполненные нами наблюдения, анализы, расчеты и данные лабораторного анализа) с критериями санитарно-гигиенической оценки воды, можно сказать, что в исследуемых водоемах не наблюдается признаков значительных загрязнений и экологических бедствий. Озера ЗАТО Звездный городок по органолептическим и физико-химическим показателям находятся в удовлетворительном состоянии.

3.6 Определение качества воды методами экологического мониторинга

При определении качества воды в обязательном порядке следует использовать оценку по зообентосу. Зообентос представлен донными беспозвоночными животными, которые полностью или часть жизненного цикла проводят в воде и участвуют практически во всех пищевых цепях внутри водоема.

Изменения, которые происходят в донных биоценозах, указывают на то, что водоем находится под воздействием каких-либо факторов, например, загрязнения.

Зонами скапливания загрязняющих веществ являются поверхностная пленка и донный осадок. Степень чистоты или загрязнения водоема можно оценить по обитателям этих слоев. В поверхностном слое это могут быть растения, например, ряска [10], в донном осадке - микробентос, донный ил [11, 32]. На них в первую очередь будут видны изменения, связанные с загрязнением водоема.

Для оценки экологического состояния водоемов мы применили две качественные методики:

3.6.1 Определение биологической загрязненности воды методом «подводной пробы»

Б иологическую загрязненность воды из исследуемых водоемов оценивали с помощью листьев березы.

Одинаковое количество листьев поместили в контейнеры с исследуемой водой и оставили при комнатной температуре в темном месте. Наблюдения продолжали в течение 40 дней. Результаты представлены на рисунке 3.3. Признаком биологической загрязненности воды микроорганизмами является разложение тканей листьев (а следовательно и снижение их биологической активности), которое видно по разрушению хлорофилла, изменению окраски с зеленой на бурую, непрочности листовой ткани.

Наш качественный опыт показал, что листья в воде из исследуемых водоемов сохраняют механическую прочность в течение долгого времени и сопоставимо с изменениями в дистиллированной воде. Дистиллированная вода - это контрольный опыт. Это чистая обессоленная вода, которая получена при кипячении водопроводной воды, это сконденсированный пар, т.е. в ней нет микроорганизмов (бактерий или микроводорослей). Тот факт, что изменения листьев березы, помещенных в воду из озер, сравнимы с изменениями листьев в дистиллированной воде свидетельствует о том, что исследуемая вода биологически относительно чистая: экосистема находится в равновесии, признаков загрязнения или заболачивания не наблюдается.

3.6.2 Качественная оценка активности донных микроорганизмов

Водоемы - это естественные аккумуляторы всех типов загрязнений. Стоки (промышленные и канализационные), удобрения, пыль - все попадает в воду. Казалось бы, водоемы должны погибать от этой грязи, но, как видим, не погибают. Водоемы имеют способны самоочищаться - перерабатывать продукты жизнедеятельности и остатки растений и животных, а также иные загрязнения. Главные действующие лица здесь - микроорганизмы, обитающие в воде и, особенно, в донном иле. Процесс очищения невероятно сложен и с микробиологической, и с физико-химической точек зрения. Однако понять его основные закономерности можно из нескольких простых качественных экспериментов [32].

М ы взяли образцы донных отложений из всех трех исследуемых водоемов. По внешнему виду они представляют собой смесь песка и небольшого количества аморфной субстанции. Также в образцах донного ила из водоемов №1 и 3 (озера Центральное и Леониха) обнаружены нитчатые водоросли в виде скоплений (рис.3.4).

Д ля качественной оценки способности водоемов к самоочищению мы выполнили следующий качественный опыт: поместили в емкости по 1/2 чайной ложки донного ила из каждого водоема и залили 50 мл 1 %-го раствора хозяйственного мыла в воде из того же водоема, из которого взяли образец ила. Взболтали емкость и оставили на некоторое время.

Через 12 часов после начала опыта растворы пенились меньше, появился неприятный запах, на дне появилось небольшое количество грязноватого серо-бурого осадка (рис.3.5).

Эти наблюдения свидетельствуют, что микроорганизмы, обитающие в донном иле, за прошедшее время частично переработали органическую часть мыла. Продукты их жизнедеятельности выпали в осадок, а также выделились в виде газов с неприятным запахом.

Итак, первый и очень важный вывод: донный ил из исследуемых водоемов довольно активен и способен к переработке органических веществ, которые собираются на дне водоемов при гибели населяющих их растений и животных.

Во втором качественном опыте в образцы донного ила с водой из тех же водоемов, из которых брали ил, была добавлена вода, содержащая небольшое количество белка (после промывки сырого мяса). Вода со следами белка - это модель загрязнения, содержащего основные биогенные элементы - углерод С, водород Н, азот N, кислород O, серу S [25, 33].

Через 12 часов после начала опыта вода помутнела, отчетливо чувствовались запахи аммиака NH­3_­3­ и сероводорода H_­2­S ("тухлых яиц") (определяли качественно).

Это указывает на то, что за прошедшее с начала опыта время началось разложение белка в воде под влиянием микроорганизмов донного ила - редуцентов, в частности, бактерий, в результате чего выделились газообразные продукты, характерные для разложения органических веществ в анаэробных (без доступа кислорода) условиях в загрязненной воде или сточных водах [25, 34, 35].

Таким образом, качественные эксперименты по оценке экологического состояния исследуемых водоемов показали, что очевидных признаков нарушений в экологическом состоянии исследуемых водоемов не наблюдается.

Выводы

По результатам исследования можно сделать следующие выводы:

1. Сохранение водоемов и контроль за их экологическим и санитарно-гигиеническим состоянием - актуальная, требующая контроля проблема, поскольку они являются непосредственным накопителем большинства загрязняющих веществ, поступающих в воздух и почвы, как естественным образом, так и в результате деятельности человека. Нарушение равновесия водоемов влечет за собой изменения биоценозов и экосистемы, в целом.

2. В результате исследования собраны некоторые исторически-бытовые и общие сведения о водоемах, составлена их физико-географическая характеристика.

3. Органолептические показатели воды - цветность, прозрачность, мутность, запах - в целом, в пределах нормы. Чуть хуже показатели воды из озера Центрального - вода мутная, имеет желтоватое окрашивание.

4. Физико-химические показатели воды - жесткость, рН - в норме. Выделяется вода из Второго озера, она более жесткая. Признаков загрязнения воды поверхностно-активными веществами не выявлено.

5. Качественными методами экологического мониторинга установлено, что исследуемая вода биологически относительно чистая: экосистема находится в равновесии, явных признаков загрязнения или заболачивания не наблюдается, донный ил активен.

Заключение

Вода - источник жизни на планете Земля, а от ее чистоты в пресных водоемах зависит качество жизни существ, населяющих планету. Всем известно, что человек без воды не «протянет» более пяти суток.

Почему же люди так безответственно относятся к водным ресурсам планеты?

«После нас хоть потоп» (цитата маркизы де Помпадур). Так говорят люди, которые не думают о последствиях своих поступков для следующих поколений людей на планете.

Несколько десятилетий фабрики и заводы во многих странах загрязняли сточными водами водоемы, пока не начались экологические катастрофы. Только после этого мир понял, почему нужно беречь воду. То же касается сельскохозяйственной деятельности людей, а выбросы в атмосферу тысяч тонн вредных химических веществ привели к появлению кислотных дождей, которые отравляют и почву, и водоемы.

Человек не может быть лишь потребителем богатств природы, одним из которых является вода. Загрязнение и истощение запасов пресной воды неизбежно скажется как на природе, так и на самом человеке.

Первые признаки начинающейся гибели озер появляются незаметно, но процесс под действием антропогенного фактора может происходить очень быстро. Необходимо планомерно оценивать состояние воды в озерах и выполнять экологический мониторинг по растениям и животным, обитающим в них.

Чтобы Земля не превратилась в пустыню, а человечество не вымерло, нужно беречь воду и непрестанно следить за чистотой водоемов.

Это доступно даже нам, школьникам. В наших силах помочь своему городу и природе!

Список литературы

Экологические проблемы составляющих окружающей среды // http://www.myshared.ru/slide/492528/

Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире. - м.: педагогика, 1981, с.3-8.

Агесс П. Ключи к экологии. - Л.: Гидрометеоиздат,1982, с.11-16.

Алексеевский Н.И. К вопросу о дефиците воды на планете // Химия и жизнь, 2010, № 6, с. 12-16.

Реймерс Н.Ф. Экологизация. Введение в экологическую проблемататику. - М, "Российский открытый университет", 1992, c.31-38.

Павлов Ю.В. Опреснение воды. Пособие для учителей. - М.: "Просвещение", 1972, с. 3.

Горшков. Экологический мониторинг. Учеб. пособие. - Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2010, с.52, 59.

Калинин В.М. Мониторинг природных сред. Учебное пособие. - Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2007, с. 128-135.

Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие / Под ред. Т.Я. Ашихминой. - М.: Академический проект, 2006, с.211-267.

Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие / автор-сост. Т.Я. Ашихмина. - Киров: ООО "Типография "Старая Вятка", 2012, с.38-75.

Мониторинг водной среды: Методические указания по выполнению лабораторных работ / Сост.: В.Г. Еремеева, О.В. Плешакова, С.А. Эмралиева. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2007, с.6-12.

Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие / Под ред. Т.Я. Ашихминой. - М.: Академический проект, 2006, с.211-267.

Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие / автор-сост. Т.Я. Ашихмина. - Киров: ООО "Типография "Старая Вятка", 2012, с.38-75.

Мониторинг водной среды: Методические указания по выполнению лабораторных работ / Сост.: В.Г. Еремеева, О.В. Плешакова, С.А. Эмралиева. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2007, с.6-12.

Муравьев А.Г., Пугал Н.А., Лаврова В.Н.Экологический практикум: Учебное пособие с комплектом карт-инструкций / Под ред. к.х.н. А.Г. Муравьева. – СПб.: Крисмас+, 2012, с.71-91.

Основные параметры воды (показатели GH, KH и рН) // https://www.aqvium.ru/aquarium/voda/gidrokhimichesky-sostav-vody

http://fzprofil.ru/load/dz/10a_f/16_02_2017/7-1-0-258

Иванова Н.А., Сторчак Т.В., Юмагулова Э.Р. Лабораторный практикум по экологии: Учебно-методическое пособие. - Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. ун-та, 2001, с.102-104.

Вода, санитария, гигиена // https://www.who.int/water_sanitation_health/diseases-risks/ru/

Купаться запрещено! Заболевания, передающиеся через воду! // http://crblen.ru/dlya-pacientov/novosti/159-kupatsya-zapreshcheno-zabolevaniya-peredayushchiesya-cherez-vodu

Тырлова А. Опасное плавание. Какие болезни можно подцепить в пруду или озере // АиФ Здоровье, №32, 2018 // https://aif.ru/health/life/opasnoe_plavanie_kakie_bolezni_mozhno_podcepit_v_prudu_ili_ozere

Астраханцев Г.П., Меншуткин В.В. и др. Моделирование экосистем больших стратифицированных озер. / Под ред. Л.А. Руховца. - Санкт-петербург, "Наука", 2003, с.45.

Мониторинг водной среды: Методические указания по выполнению лабораторных работ / Сост.: В.Г. Еремеева, О.В. Плешакова, С.А. Эмралиева. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2007, с. 6-14.

Агесс П. Ключи к экологии. - Ленинград, Гидрометеоиздат, 1982, с.16-20.

Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии: Учеб. пособие для учащихся шк., гимназий с углубленным изуч. химии, биологии и экологии. - М.: "Просвещение", 1994, c.123-127.

Давыдов Л.К., Дмитриева А.А., Конкина Н.Г. Общая гидрология. - Ленинград, Гидрометеоиздат, 1973, с. 339.

Экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие / Под ред. Т.Я. Ашихминой. - М.: Академическй проспект, 2006, с.

Экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие / Автор-составитель Т.Я. Ашихмина. - Киров: ООО "Типография "Старая Вятка", 2012, с. 38-75.

Городской округ Звездный городок. Общая характеристика района, исторический очерк района // http://ecopassmo.mosreg.ru/media/region_doc/Zvezdny_gorodok_go.pdf

Шитиков В.К., Розенберг Г.С. и др. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003, с.107.

Зимон А.Д. Занимательная коллоидная химия. - М.: Агар, 2002, с.52-55.

Паравян Н.А. Невидимые санитары // Химия и жизнь. - 1991. - №8. - с.64-66.

Ермолаев М.В. Биологическая химия. - М.: "Медицина", 1974, с.19.

Аксенова М., Исмаилова С. Энциклопедия для детей. Биология - М.: "Аванта+", 1993, с.142-143.

Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Ханов Р.М. Экологическая азбука школьника.- Уфа, РИО, 1992, с.81-86.

Приложение. Таблица 1. Общие сведения об исследуемых водоемах ЗАТО Звездный городок

Приложение. Расчет площадей зеркала водоемов

Для расчета площадей зеркала водоемов применили 2 способа:

Метод палетки (Источник: Моро М.И., Бантова М.А., Бельтюкова. Математика. Учебник. 4 класс. Часть 1. Школа России. - М.: Просвещение 2015-2020, с. 43);

Метод взвешивания (Источник: Измерение площадей плоских фигур // http://www.fizika.ru/fakultat/index.php?theme=01&id=1230).

Для расчетов использовали рисунки озер поисково-информационной картографической службы Яндекс.Карты.

Метод палетки

Изготовили палетку из прозрачной обложки для учебника, с помощью ручки и линейки расчертили палетку на квадраты со стороной 5 мм. Далее наложили палетку на рисунок озера, для удобства сделали ксерокопию, чтобы во время подсчета не произошло смещения.

Пример расчетов: Водоем 1

Определили масштаб. 12 мм на карте равно 20 м на местности. Соответственно 5 мм на карте равны 8,33 м.

Определили площадь одной клетки 5 мм*5 мм на местности 8,33*8,33= 69,39 м^2­­.

Количество целых клеток - 377.

Количество не целых клеток - 83.

Рассчитали площадь (377 + (83/2))*69,39 = 29039,72 м²­.

Площадь Водоема 1, рассчитанная методом палетки, составила 29 039,72 м² _­­.

Метод взвешивания

Более точным, чем палетка, методом измерения площади плоской фигуры является взвешивание её копии.

Нанесли на плотную бумагу квадрат, площадь которого S₀ точно известна, вырезали его и определили на весах его массу m₀.

На такую же бумагу перенесли с карты фигуры озер с искомой площадью S. Вырезали фигуры и определили их массы m_­n. Затем, пользуясь правилом пропорции – S / S₀ = m / m₀, вычислили искомые площади.

Пример расчетов.

Изображения водоемов 2 и 3 в одном масштабе, а водоема 1 - в другом, это связано со сложностью получения скриншот-снимков в Яндекв.Картах.

Определили масштаб (для водоемов 2 и 3): 23 мм на карте равно 20 м на местности. Соответственно 150 мм на карте равны 130,43 м.

Площадь квадрата на местности будет равна 17011,98 м²_­­.

Определили масштаб (для водоема 1): 12 мм на карте равно 20 м на местности. Соответственно 150 мм на карте равны 250 м.

Площадь квадрата на местности будет равна 62 500 м².

Квадрат m₀ =12.09 S₀=17011,98

Масса фигуры водоема 1 m₁ = 5.49 г

m₁ / m₀ =5.49 / 12.09 = 0.45

S₁ = 0.45 * 62500 = 28 125 м²

Сравнили площади водоемов, рассчитанные по методу палетки и методом взвешивания.

Отклонения в расчетах этими двумя методами не превышали 2 %.

Приложение. Фотоколлаж. Природа исследуемых водоемов и рабочие моменты при выполнении исследовательской работы.