XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

МОНИТОРИНГ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА КАК ИНДИКАТОР СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Г.СЫЗРАНИ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Языков М.Д. 1

---

1ГБОУ СОШ №2 г. Сызрани

Дегтярева С.С. 1

---

1ГБОУ СОШ №2 г. Сызрани

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

В настоящее время в источниках массовой информации активно поднимаются экологические проблемы, ведь природа - целостная система с множеством сбалансированных связей. Нарушение этих связей приводит к изменению установившихся в природе круговоротах веществ.

Атмосфера, являясь одним из основных компонентов биосферы, оказывает воздействие на гидросферу, почвенный покров, биосферу в целом и на человека в частности. Поэтому охрана атмосферного воздуха представляет собой приоритетную экологическую проблему, которой уделяется пристальное внимание во всех развитых странах.

Активное воздействие атмосферы на наземные экосистемы и гидросферу проявляется через атмосферные осадки в виде дождя и снега. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и их химический состав в значительной степени зависит от состояния атмосферы. Атмосферный воздух - это жизненно важный компонент окружающей среды. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды – пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистемы. Вот почему охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды.

В то же время в последние годы в формировании качества воздушной среды

возрастает роль автомобильного транспорта. Выбросы автотранспорта являются приоритетным источником загрязнения атмосферы – более 55% от всех выбросов. Я считаю, что выявленная проблема является актуальной и для нашей местности, так как через г. Сызрань проходит оживленная трасса федерального значения М-5, транспортная нагрузка на которую очень велика.

Снеговой покров накапливает практически все вещества, которые поступают в атмосферу. Загрязнителями среды являются транспорт, промышленные предприятия и др. Вредные вещества накапливаются в снегу и с талым снегом поступают в окружающую среду и так загрязняют её. Снег можно рассматривать как индикатор загрязнения.

Исследуя пробы снега, собранного в разных местах можно получить

достаточно полное представление о степени и характере загрязнения территории, выявить причины и источники загрязнения.

Цель работы: провести исследование снежного покрова различных площадок города, оценить состояние атмосферного воздуха в зимний период и качество талых вод.

Гипотеза: токсичность снежного покрова снижается по мере удаления от дорог, предприятий, так как автотранспорт и промышленность являются основными источниками загрязнения в городе.

Для достижения цели и проверки гипотезы были поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать литературные данные о загрязнении окружающей среды.

2. Определить источники загрязнения в городе Сызрани

3. Провести исследование талой воды на содержание загрязняющих веществ.

3. Исследовать снег на общую химическую токсичность методом

биотестирования.

4. Предложить пути дальнейшего улучшения атмосферы города Сызрань

Предмет исследования: Пробы снега с различных участков города Сызрань

Основные загрязнители и загрязняющие вещества атмосферы

1.1. Химическое загрязнение окружающей среды.

Наиболее опасным для природных экосистем и человека представляют именно химическое загрязнение, поставляющее в окружающую среду различные химические вещества, тяжёлые металлы, пластмассы.

Промышленные предприятия вносят основной вклад в загрязнение снежного покрова. Они загрязняют как уже выпавший снег, так и еще образующиеся снежинки. Радиус загрязнения довольно велик.

Промышленные выбросы наносят большой вред растительности, сельскохозяйственным культурам и лесам, зеленым насаждениям городов и их окрестностей. Наиболее подвержены вредному воздействию промышленных загрязнений хвойные породы: сосна, ель, пихта, кедр, лиственница. При остром поражении сернистым газом уже через 1 – 2 ч происходят побурение и гибель листьев, чаще отдельных их участков в виде пятнышек с четко очерченной границей между живыми и отмершими клетками и тканями.

1.2. Автотранспорт - источники химического загрязнения.

Второе место по загрязнению атмосферы воздуха занимает автотранспорт.

Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. В России

автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах - каждый пятый.

Химический состав автомобильных выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии его производства, способы сжигания в двигатели и его технического состояния.

Подсчитано, что один легковой автомобиль в течение суток может выбрасывать до 1кг выхлопных газов.

Углекислый газ, угарный газ, оксиды серы, оксиды азота являются «парниковыми» газами, то есть вызывают парниковый эффект, выражающийся в повышении температуры у поверхности Земли. Его механизм заключается в образовании особого слоя в атмосфере, который отражает тепловые лучи, идущие от Земли, не давая им уходить в космическое пространство. Это может привести к таянию льда в полярных областях и, как следствие, к повышению уровня Мирового океана.

В год образуется 2,5-10 тонн угарного газа, 7 млн. тонн углекислого газа. В городах образуются смоги.

Угарный газ является токсичным. Как правило, более уязвимы дети, пожилые и престарелые, больные люди. При систематическом или периодическом поступлении в организм сравнительно небольших количеств токсичных веществ происходит хроническое отравление, его признаками являются нарушение нормального поведения, привычек, быстрое утомление или чувство постоянной усталости, сонливость или, наоборот, бессонница, ослабление внимания, рассеянность, забывчивость, сильные колебания настроения У животных также наблюдаются нарушения жизнедеятельности, и даже гибель. У растений в первую очередь поражаются листья, а в дальнейшем гибнет все растение.

1.3. Снеговой покров как индикатор чистоты атмосферного воздуха

Снег – это твёрдые атмосферные осадки, выпадающие из облаков в виде снежинок - снежных (ледяных) кристаллов.

Снег — один из наиболее информативных и удобных индикаторов загрязнения природной среды.

Упавший на землю снег уже не является чистым, хотя на первый взгляд он выглядит абсолютно белоснежным. Наибольшую долю загрязнения получает снег, выпадающий в промышленных районах, рядом с трассами, железными дорогами и т. д. В некоторых регионах снег бывает красным, зелёным, голубым. Причина - бактерии, грибки, пыль, содержащиеся в воздухе.

Исследование снежного покрова позволит выявить загрязнение местности за

зимний сезон и позволит оценить степень безопасности атмосферного воздуха нашего города для проживания людей, произрастания растений, жизнедеятельности животных. Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения почвы и воды.

1.4. Значение снега.

В средней полосе России земля покрыта снегом около 5 месяцев в году.

Многообразная роль снежного покрова в жизни растений. Он изменяет термический и водный режимы среды обитания растений, предохраняет их от вымерзания (особенно почки возобновления) и ветрового иссушения в зимний период. Под действием снеговых нагрузок лиственные деревья изгибаются так, что их верхушки склоняются почти до земли и становятся источником пищи для животных.

В суровые морозные зимы в снег прячутся многие птицы: тетерева, рябчики, куропатки, глухари. Прячутся мыши под снегом. Залегают в спячку медведь и барсук. В снегу укрываются в непогоду заяц.

За зиму снег, как хорошая губка, впитывает в себя и удерживает многие загрязняющие вещества из воздуха. Тающий снег опасен в первую очередь для плодородия почв. Весной растениям необходимы «силы» и питательные вещества для интенсивного вегетативного роста, которые в растворенном виде поступают из почвы.

Особенно подвергается загрязнению снег, который расположен в промышленных зонах рядом с магистралями, шоссе, железными дорогами.

Практическая часть.

Для проекта я собрал пробы снега в пластмассовые бутылки из разных участков территории города Сызрани в феврале 2021 года. Это:

Территория завода тяжелого машиностроения «Тяжмаш»;

Территория нефтеперерабатывающего завода «СНПЗ»;

Пришкольный участок ГБОУ СОШ №2;

Загородный лес;

Трасса М5;

В качестве контроля использовалась дистиллированная вода.

2.1 Характеристики снега

1. Территория завода тяжелого машиностроения «Тяжмаш»- снег достаточно чистый, посторонних примесей визуально не обнаружено, посторонний запах отсутствует;

2. Территория нефтеперерабатывающего завода «СНПЗ» - снег достаточно чистый, посторонних примесей визуально не обнаружено, посторонний запах отсутствует;

3. Пришкольный участок - снег чистый, рыхлый, без посторонних примесей;

4. Загородный лес - снег чистый, рыхлый, без посторонних примесей;

5. Трасса М5 - снег грязно-коричневого цвета, в нем заметны посторонние частицы.

Привезенный домой снег, растопил и оценил следующие показатели талой воды:

Запах талой воды

Для определения запаха талой воды налил образцы в стаканчики при комнатной температуре, накрыл стеклом и встряхнул вращательными движениями, открыв стекло, быстро определил запах.

Все пробы оказались без запаха, за исключением пробы №5 «Трасса», ощущался неприятный запах, похожий на солярку.

2.3 Наличие углеводородной плёнки

Воду в стаканчиках отстоял в течение суток и отметил, что радужная пленка отсутствует в пробах №1,2,3,4, в пробе №5 «Трасса» присутствовала небольшая радужная пленка.

2.4 Цвет воды

Пробы воды в стаканчиках №1,2,3,4,5 я сравнил с дистиллированной воды.

Каждый из стаканчиков я рассматривал со стаканчиком с дистиллированной воды сверху на белом фоне при рассеянном дневном освещении.

В пробах №1,2,3,4 вода бесцветная, в пробе №5 «Трасса» – серо-коричневого цвета.

2.5 Наличие осадка и мутности

Я профильтровал через фильтровальную бумагу воду и сравнил фильтр на цвет и наличие примесей на фильтре. В пробах №1,2,3,4 фильтровальная бумага - чистая, в пробе №5 «Трасса» были загрязнения.

Мутность воды - мера содержания в ней взвешенных частиц, различных по

происхождению. В пробах №1,2,3,4 вода прозрачная, в пробе №5 «Трасса» мутная.

Для определения осадка воду отстоял в течение суток, определил, что только в пробе №5 «Трасса» образовался осадок коричневого цвета.

2.6 Исследование на рН.

Показатель рН отражает степень кислотности или щелочности среды. При растворении в воде различных химических веществ этот баланс может быть нарушен, что приводит к изменению уровня рН. Чтобы определить уровень рН применяют лакмусовую бумагу.

2.6.1. Изготовление лакмусовой бумаги

Лакмусовую бумагу я решил сделать сам из краснокочанной капусты. Для этого мне понадобилась фильтровальная бумага и капуста. Я выжал сок из кочана. Фильтровальную бумагу нарезал на небольшие полоски, примерно 4 на 10 см, пропитал их полученным соком и высушил. Лакмусовая бумага из капусты готова! Теперь можно проводить испытания, поместив наш индикатор в разные среды.

Кислая жидкость меняет цвет бумажки с фиолетового на розовый, щелочная на голубой, нейтральная цвет не поменяет.

Сравнил цвета лакмусовой бумаги после опускания в каждую из проб со

стандартной шкалой.

Пробы №1,2,3,4 среда нейтральная, в пробе №5-небольшие примеси голубого цвета, что говорит о наличие щелочной среды.

2.7 Проведение метода биотестирования

Биотестирование - процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов.

Тест-объекты — это биоиндикаторы (растения и животные), которых используют для оценки качества воздуха, воды или почвы в лабораторных опытах

В своем проекте я решил использовать растение Кресс-салат как индикатор загрязнения среды. Кресс-салат - однолетнее овощное растение семейства Крестоцветных. В пищу используются молодые листья, с терпким вкусом, так как содержит горчичное масло.

Кресс-салат обладает повышенной чувствительностью к загрязнению почвы

тяжелыми металлами, а также к загрязнению воздуха газообразными выбросами автотранспорта. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей. Кроме того, побеги и корни этого растения под действием загрязнителей подвергаются заметным изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).

Семена кресс-салата прорастают уже на третий - четвертый день, и на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ в течение 10 суток.

В зависимости от результатов опыта определил уровень загрязнения.

Ход эксперимента:

В чашки я уложил стерильную вату, поместил семена кресс-салата, полил их водой, закрыл целлофановыми пакетами и подписал откуда взята проба.

Чашки поставил на освещённый подоконник и вел наблюдения.

Наблюдение за семенами проводил 7 дней.

Рассмотрели выборочно состояние проростков в каждой из проб.

В пробе №6 «Дистиллированная вода» и №4 «Лес» всхожесть семян более 90%, всходы дружные, проростки ровные с длинными ровными корешками, что свидетельствует о том, что вода в пробе №4 биологически чистая.

В пробе №3 «Пришкольный участок» всхожесть семян 87%, проростки ровные с длинными ровными корешками, хотя попадается немного более коротких с искривленными корешками, что говорит о том, что в этой пробе присутствует небольшое загрязнение.

В пробе №1 «Территория завода Тяжмаш» проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные, это говорит о слабом загрязнении.

В пробе №2 «Территория нефтеперерабатывающего завода СНПЗ» проростки укороченные, искривленные с искривленными недлинными корешками. Это свидетельствует о загрязненности воды, полученной при таянии снега этой пробы.

В пробе №5 «Трасса М-5» всхожесть семян очень слабая, проростки разной длины, а корешки у них короткие и сильно искривленные.

Проведенные исследования показали, что самая благоприятная среда для

прорастания семян – дистиллированная вода и полученная из талого снега, взятого в лесу. Проростки имеют наибольшую суммарную длину, зеленую окраску.

В образце снега, взятом близ завода Тяжмаш и на пришкольном участке по сравнению с дистиллированной содержится определенное количество примесей, которые незначительно мешают прорастанию.

Вода, полученная из талого снега, взятого у дороги и на территории нефтеперерабатывающего завода СНПЗ, содержит примеси, которые мешают прорастанию семя кресс-салата.

Социальный опрос.

После выступления с исследовательской работой на уроке биологии, я опросил своих одноклассников, и сравнил с ответами, полученными на эти же вопросы до выступления.

Знаете ли Вы, что такое биотестирование?

Знаете ли Вы, что исследовать снег можно с помощью биотестирования?

Известно ли Вам, что для оценки загрязненности среды можно использовать растения в качестве тест-объектов?

Знаете ли Вы, что лакмусовую бумагу можно сделать самим из фильтрованной бумаги и краснокочанной капусты?

Хотели бы вы проверить загрязненности снега у своего дома предложенными способами?

Цель моей работы выполнена, поставленные задачи достигнуты.

Перспективы: проанализировать данную проблему в течение 2 лет.

Заключение

Снежный покров – прекрасная возможность для исследования загрязнений

природной среды. Он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а так же последующего загрязнения вод и почв. При образовании и выпадении снега концентрация загрязняющих веществ в нём оказывается на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе, поэтому измерения содержания этих веществ могут производиться достаточно

простыми методами и с высокой степенью надёжности.

Для определения токсичности окружающей среды человек использует тест – объекты.

В ходе проведения данной исследовательской работы мною было проведено биотестирование снежного покрова в городе Сызрани. В качестве тест – объекта я использовал семена кресс-салата.

Проведенные исследования показали, что самая благоприятная среда для

прорастания семян – дистиллированная вода (контроль). Проростки имеют наибольшую суммарную длину, зеленую окраску.

Образец снега с площадки №4 «территория лесо-парковой зоны» также характеризует норму здоровья среды.

В образце снега, взятом на площадке №3 «Пришкольный участок» по сравнению с дистиллированной содержится небольшое количество примесей, которые незначительно мешают прорастанию.

Благоприятная картина складывается на площадке №1 «территория завода Тяжмаш», где коэффициент прорастания кресс-салата маркирует слабую степень загрязнения. Возможно, это связано с тем, что на территории завода не проводится столь интенсивная обработка антигололедными реагентами, а также тем, что на АО «Тяжмаш» ведется активная работа по охране окружающей среды.

Вода, полученная из талого снега, взятого на площадке №1 «территория нефтеперерабатывающего завода СНПЗ», содержит примеси, которые мешают прорастанию семя кресс-салата.

Самым загрязненным по всем изученным параметрам оказался снежный покров на площадке № 5 «Трасса М-5». Скорее всего, это связано с интенсивным движением транспорта, а также с обработкой дороги антигололедными реагентами.

Гипотеза подтверждается – семена растений (на примере кресс-салата) можно использовать для оценки токсичности окружающей среды, содержащей тяжёлые металлы.

Анализируя данные опыта, я сделал вывод о наибольшей загрязненности

снега у дороги с большой транспортной нагрузкой.

Полученные результаты доказывают, что снег загрязняется вредными веществами, выбрасываемыми автотранспортом.

Пути снижения загрязнения атмосферного воздуха:

Несмотря на то, что ситуация усложняется день ото дня, способы защиты качества воздуха в городе существуют:

Контроль над общественным транспортом - автобусы, технические характеристики которых не соответствуют современным экологическим стандартам, выходить на линию не должны.

Перевод транспорта на стандарты топлива ЕВРО-4 и ЕВРО-5, ужесточение проверок транспортных средств на выброс выхлопных газов.

Введение платных парковок в центральной части мегаполисов и ограничение въезда большегрузного транспорта.

Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от независимого источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов, конденсаторов и т. п.).

Совершенствование природоохранного оборудования.

Использование альтернативных источников энергии — энергию солнца, ветра и воды. Такой подход актуален для производственных заводов и фабрик. Если работу многих предприятий перевести на экологические источники энергии, то дышать нам станет намного легче.

Продолжить озеленение территории города, используя бордюрные кустарники, которые являются поглотителями вредных веществ.

Отказ автомобилистов от использования транспортных средств; в некоторых городах и странах проходят специально организованные мероприятия, которые пропагандирует идею пешего и велосипедного способов передвижения, использования общественного транспорта.

Каждый может внести свой вклад в снижение загрязнения атмосферного воздуха. Я очень часто хожу пешком или добираюсь на велосипеде до магазина, библиотеки, не прошу папу довезти меня на автомобиле. Передвигаясь на двух колесах в комфортном темпе, я не только сохраняю природу, но и могу насладиться окружающей обстановкой и видеть, чувствовать и слышать то, чего никогда не заметите за рулем автомобиля.

Список использованных источников и литературы

1. Василенко В.Н. и др. Мониторинг загрязнения снежного покрова. – Л., Гидромет., 1985.

2. Снег. Под редакцией Д.М.Грея и Д.Х. Мэйла. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1986.- 751с.

3. Петров К.М. Общая экология: взаимодействие общества и природы. – СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского университета, 1997.

4. Алексеев СВ., Н.В.Груздева, Э.В.Гущина. Экологический практикум школьника. - Изд. «Дом Фёдорова», 2005. - 304 с.

5. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. – Москва «Рандеву - AM», 1999. – 468 с.

6. Накладова В. Биотестирование токсичности снега по проросткам растений индикаторов. [Электронный ресурс]

Приложение

Результаты анализа снега. Февраль 2021г.