XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Внимание, смог!

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Илюшин Д.А. 1

---

1МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 56 с углублённым изучением математики» г. Магнитогорска

Мельникова Н.А. 1

---

1МОУ «СОШ № 56 УИМ» г. Магнитогорска

Работа в формате PDF

4.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Я живу в городе Магнитогорске, который очень люблю! Гуляя по улицам города, я часто наблюдаю темное небо, туман, чувствую неприятный запах в воздухе. У многих людей начинает болеть голова, горло, появляется кашель. И я задался вопросами: что это за явление? какова его природа? изучено ли оно? Я вижу, как сильно дымят трубы в нашем городе: какова роль металлургического комбината? Я вижу несметное количество автомобилей на улицах: какова их роль в загрязнении воздуха? Я часто слышу слово «смог»: что оно означает? Именно по этой причине у меня возникло желание заняться данным научно - исследовательским проектом

Актуальность темы:

На уроках в школе, из программ телепередач я узнал, что жизнь человека на Земле во многом зависит от окружающей среды: чем чище воздух, вода, лес, почва, тем благоприятнее это сказывается на здоровье и жизни людей.

В последнее столетие человек очень интенсивно развивает и осуществляет свою деятельность по строительству предприятий черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, а также авиационный и автомобильный транспорт. Все это приводит к значительному нарушению сложившегося в природе равновесия, возникает множество проблем, связанных с защитой окружающей среды. Среди весьма серьезных проблем экологического плана, наибольшее беспокойство вызывает нарастающее загрязнение атмосферного воздуха вредными веществами. Вредные вещества – это дым из труб заводов, фабрик, домов, выхлопные газы автомобилей. Именно эти вредные вещества под воздействием солнечного света образуют смог. Число автомобилей растёт очень быстро, в связи с этим растёт и количество выхлопных газов, а значит всё больше и больше загрязняется воздух. Сейчас экологическая проблема, а также взаимодействия человека с окружающей средой стала очень острой и приняла огромные масштабы. Планету может спасти лишь деятельность человека. Если люди не будут бережно относиться к природе, то они погубят себя.

Цель работы:

Выяснить, причины появления смога, чем он опасен для животных, растений и человека.

Задачи:

1. Узнать причины образования смога.

2. Узнать из чего состоит смог.

3. Выяснить влияние смога на здоровье человека.

4. Попробовать в домашних условиях смоделировать смог.

5. Узнать, как уменьшить вредное воздействие смога на организм человека.

Гипотеза: если люди будут знать причины появления и опасности, которые несёт смог, то будут разработаны способы борьбы с ним, соответственно будут спасены множество растений, животных и человеческих жизней.

Планируемые результаты:

изучение материала

выступление на конференции и перед классом

Объект исследования: окружающая среда.

Предмет исследования: явление «смог».

Срок проведения работы: 1 месяц.

Методы: работа с научной литературой и ресурсами Интернет, наблюдение, обобщение, эксперимент.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

Условия образования смога.

Смог (от англ. Smoky fog , буквально – «Дымовой туман»). Это явление часто встречается в городах, защищённых от ветров естественными преградами, например, холмами или горами. Смог – это пелена воздуха, насыщенная вредными веществами.

Как образуется смог? Туманность появляется при вступлении солнечного света в реакцию с опасными газообразными веществами и частичками.

Важные условия:

движение транспортных средств;

высокая температура воздушных масс;

отсутствие ветра;

воздействие прямых солнечных лучей;

электромагнитное излучение.

Важно! Больше всего от смога страдают в населенных пунктах с неблагоприятных расположением в котловинах, долинах.

Основные причины появления:

Все факторы, которые приводят к образованию опасного тумана, делятся на две большие группы. Это человеческая деятельность, а также естественные явления в природе.

Деятельность человека

Люди, чаще неосознанно, создают благоприятные условия для образования смога. Причины возникновения смога с токсическими компонентами:

деятельность, связанная с сельским хозяйством (многим известна опасность использования пестицидов);

промышленное производство (судостроение, металлургия, нефтехимия);

энергетика;

переработка мусора на специализированных предприятиях;

автотранспорт, работающий с помощью двигателя внутреннего сгорания;

угольные теплоэлектростанции;

курение;

испарения от средств бытовой химии

Естественные явления в природе

Смог чаще возникает в ясную погоду при условиях штиля. Механизм образования заключается во взаимодействии солнечного света с выброшенными вредными частицами. Застой происходит из-за отсутствия ветра. Также этому способствует температурная инверсия, благодаря которой токсичный воздух остается ближе к поверхности земли.

Пагубным порождением современности является фотохимический туман, который также называют смог. Данное атмосферное явление не свойственно естественной среде, т.е. вызывается не естественными природными условиями, а деятельностью человека. Это относительно новый вид загрязнения, который стал экологической проблемой мегаполисов и городов, в которых есть промышленность.

Процесс образования смога приведен на рис. 1

Рис. 1. Процесс образования смога

В нашем городе Магнитогорске, работает крупнейший в мире химико-металлургический комплекс. Над металлургическим комбинатом и над городом часто стоит огромное облако серого цвета с рыжими отблесками оксидов азота, которые превращаются в смог (Приложение 1).

Состав смога.

Современные люди, особенно проживающие в крупно населенных городах, дышат загрязненным воздухом. Ученые выяснили, что толщина загрязненного воздуха над городом составляет 1,5-2 км. Если принять за единицу загрязнения воздуха над океаном, то над сельской местностью она выше в 10 раз, над небольшими городами в 35 раз и над крупными промышленными городами в 150 раз.

Я знаю, что воздух состоит из смеси газов, таких как азот (78%), кислород (21%) и примеси (1%). К примесям относится: водяной пар, углекислый газ, диоксид азота и благородные (инертные) газы: криптон, аргон, ксенон, неон, радон и гелий. Хотя эти газы составляют всего лишь 1% от общего объёма воздуха, малейшее увеличение их содержания может повлечь за собой очень опасные последствия. Тем не менее, в результате деятельности человека в воздух выбрасывается всё больше вредных газов. Это явление обычно называют загрязнением воздуха. Я воспользовался данными энциклопедии и узнал состав воздуха городов, подверженных смогу. Оксиды азота – главные компоненты смога. Ещё в нём содержится угарный газ, метан, этилен, сернистый газ, альдегиды. Помимо газообразных компонентов смог содержит взвесь мельчайших капелек жидких органических соединений.

Смог и кислотные осадки.

В настоящее время кислотные осадки - проблема для многих стран мира. Причины кислотных осадков: дождей, снега, связаны исключительно с деятельностью человека. Предпосылки для повышения кислотности атмосферной воды возникают, когда промышленные предприятия выбрасывают большие объемы оксидов серы и оксидов азота. Наиболее характерные источники таких загрязнений - это выхлопные газы автомобилей, металлургическое производство и тепловые электростанции (ТЭЦ). К сожалению, современный уровень развития технологий очистки не позволяет отфильтровывать соединения азота и серы, которые возникают в результате сгорания угля, торфа, других видов сырья, что используются в промышленности. В итоге такие оксиды попадают в атмосферу, соединяются с водой в результате реакций под действием солнечного света, и выпадают на землю в виде осадков, которые и называют «кислотные дожди».

Последствия:

1. Кислотные осадки могут привести к изменению химических свойств почвы и воды. Там, где вода в реках и озерах стала довольно кислой, например, исчезает рыба. Сокращается число видов водных животных, водорослей и бактерий

2. Кислотные дожди приводят к деградации лесов, вымиранию растений Кислоты нарушают защитный восковой покров листьев, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных микроорганизмов.

3. Загрязнение воздуха кислотообразующими выбросами производит вредное воздействие и на организм человека. Вдыхание влажного кислого воздуха, особенно опасно для людей, страдающих сердечнососудистыми и легочными заболеваниями, в тяжелых случаях может возникнуть отек легких.

Во время трагического лондонского тумана 1952 года причиной более 4000 смертей было повышенное содержание во влажном воздухе кислоты.

4. Кислотные осадки разъедают металлы, краски, синтетические соединения, разрушают архитектурные памятники. В городах кислотные осадки ускоряют процессы разрушения сооружений из мрамора и бетона, памятников и скульптур.

Многие скульптуры и дома в Риме, Венеции и других городах, памятники зодчества, такие, как Акрополь в Афинах, Кельнский собор и другие, за несколько последних десятилетий получили значительно большие повреждения, чем за весь ранний период. Под угрозой полного разрушения в результате действия кислотных осадков находятся более 50 тыс. скульптур скального «Города Будд» в Китае, построенного 15 веков назад.

Бороться с самими осадками практически невозможно. Выпадая на огромных территориях, кислотные дожди наносят значительный ущерб, и конструктивного решения этой проблемы нет.

Другое дело, что в случае с кислотными дождями критически необходимо бороться не с последствиями, а с причинами такого явления: надо бороться со смогом, который создают сами люди своей хозяйственной деятельностью.

Рис. 2. Процесс образования кислотных дождей

Влияние смога на живые организмы.

Вещества, входящие в состав смога очень опасные.

Смог представляет сильную опасность для детей, пожилых людей и страдающих сердечнососудистыми заболеваниями, заболеваниями дыхательных путей (астмой, бронхитом и т.д.). Смог может стать причиной:

патологии сердца и сосудов;

болезни органов дыхательной системы;

бессонница и иные проблемы со сном;

мигрень;

тошнота и рвота;

снижение работоспособности, нежелание заниматься даже незначительной физической активностью;

онкология.

Во время смога, как правило, существенно повышается количество случаев госпитализаций и смертей от респираторных и сердечных заболеваний. Угарный газ - это токсичное вещество, которое образуется при неполном сгорании топлива и губительно действует на живые организмы, препятствуя переносу кислорода красными кровяными клетками.

Выхлопные газы автомобилей тоже отравляют людей. Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами, вызывает общее ослабление организма - иммунодефицит. Также они могут вызвать раковые заболевания, особенно легких человека.

Смог влияет и на растения и на животных. Это тоже живые организмы, которые страдают от смога. Какие проблемы могут наблюдаться у растений:

снижение способности к фотосинтезу;

разрушение слоя воска на листве;

проблемы с усвоением питательных компонентов и жидкости;

неустойчивость к вредителям и болезням.

У животных возникают такие же заболевания, как и у людей.

Другие последствия смога.

Токсические компоненты оказывают негативное влияние не только на объекты живой природы. Загрязнение воздуха приводит к:

выпадению на земную поверхность кислотных осадков, которые способствуют окислению почвы и водоемов, включая высокогорные;

разрушению стройматериалов и конструкций (и современных, и историко-культурных ценностей): бетонных, стеклянных, деревянных, каменных, бронзовых, стальных, железных;

снижению производительности гелиосистем, из-за чего существенно сокращается количество выработанной энергии.

Меры борьбы со смогом.

Главная задача – это уменьшение вредных выбросов в атмосферу. Как же это сделать? Для достижения этих целей необходимо разработать и осуществить ряд мер: оснастить заводы и фабрики пылеуловителями, улучшить свойства автомобильного топлива, пустить поток грузовых автомобилей вокруг городов. Почему же это не сделано до сих пор? Потому что это требует больших финансовых затрат, а далеко не все хотят вкладывать свои деньги на эти мероприятия. За последние четыре года Магнитогорский металлургический комбинат вложил 20 млрд. рублей. До 2025 года на природоохранную деятельность направят 38 млрд. рублей. Считается, что это позволит снизить нагрузку на окружающую среду, т.е. воздух станет более чистым. Но первые подвижки в этом непростом деле уже есть, например, мировое сообщество объявило 22 сентября Всемирным днём без автомобиля. Хотя бы один день в году все люди на нашей планете смогут дышать более чистым воздухом. И это первый шаг на пути борьбы за чистый воздух нашей Земли. Наша задача – привлечь внимание к этой проблеме, познакомить людей с опасностью смога.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Опыт «Внимание, смог!»

Цель: показать, как образуется смог, что является его составляющими.

Внимание! Опыт проводится только вместе с взрослым!

Материалы: стеклянная банка, вода, алюминиевая фольга, кубики льда, бумага, ножницы, спички.

Ход опыта:

1. Вырезать из бумаги полоску шириной примерно 1см и длиной примерно 25см.

2. Сложить полоску пополам вдоль всей длины и скрутить бумагу.

3. Из алюминиевой фольги сделать крышку для закупоривания банки и отложить её на время.

4. Налить немного воды в банку и покрутить её, чтобы внутренние стенки банки стали мокрыми, затем воду слить.

5. Положить кубики льда на крышку из фольги, чтобы она стала холодной.

6. Поджечь полоску бумаги. Бросить её вместе со спичкой в банку.

7. Быстро накрыть крышкой и плотно запечатать. Оставить кубики льда на крышке.

8. Получается смог.

Результаты опыта.

Когда я положил в банку горящую бумагу, часть влаги, находящейся в банке, превратилась под действием температуры в пар.

Лёд заставил небольшое количество пара сконденсироваться, и тот превратился в мельчайшие капли. Это создало в банке лёгкую дымку.

Тёплый влажный воздух встретился с холодным. Холодный воздух заставил влагу тёплого воздуха сконденсироваться в мелкие капельки, которые держаться в воздухе. Так как ветра в банке не может быть образовался смог.

Когда я открыл банку, то почувствовала резкий запах гари. Мне пришлось проветривать комнату (Приложение № 2, 3, 4).

Вывод:

Я воспроизвел смог в домашних условиях, что помогло наглядно увидеть, как изменяется цвет воздуха, после появления в нем продуктов горения и что происходит с дымом и вредными веществами, когда нет ветра.

2.2. Наблюдения за атмосферой и возникновением смога в г. Магнитогорске.

Цель: Наблюдение за погодой в городе, выявить частоту возникновения смога в
г. Магнитогорске, в связи с выбросами, производимыми в атмосферу Металлургическим комбинатом, и выбросами автомобилей.

Методика исследования:

На протяжении 14 дней я вел дневник наблюдения, в котором фиксировал дни, когда наблюдал это явление, какая была температура воздуха и был ли ветер. А также фиксировал мое общее самочувствие. Все проведенные исследования я заносил в таблицу. В приложении № 5 указано фото атмосферы города, которую я увидел с балкона.

Результаты исследования:

Таблица 1. Наблюдения за погодой с 30 января 2022 г. по 12 февраля 2022 г.

Выводы:

Данные таблицы показывают, что когда на улице появлялся туман, то мое самочувствие ухудшалось: першило в горле, появлялась слабость, когда делал уроки и плавал в бассейне. Когда был туман, в средствах массовой информации прочитал объяснение «К образованию тумана и смога приводят одни и те же условия: безветренная погода, инверсия воздуха. Летом туманы бывают от избытка влаги, а зимой - при резком понижении температуры. Отличить туман от смога можно лишь по наличию вредных веществ, «на глазок» это не сделать. Но концентрация вредных веществ во время тумана, как и во время смога, все равно повышается», — говорит начальник отдела метеопрогнозов Челябинского Гидрометцентра Надежда Ячменева

Вечером, когда меньше автомобилей, воздух чище и дышать лучше.

Опыт 2.3. Исследование кислотности снега на улицах г. Магнитогорска.

Цель: Провести исследования кислотности снега, взятого на разных улицах города.

Материалы:снег с разных улиц г. Магнитогорск, универсальная индикаторная бумага, лакмусовая нейтральная индикаторная бумага, стаканы.

Методика исследования:

1.Для определения кислотности использовался снег, взятый: 1) на территории металлургического комбината, возле ККЦ; 2) сквер имени Лермонтова М.Ю. (пр-кт К.Маркса); 3) экопарк.

2. Отбирался снег объемом в 1 стакан (100 мл). Снег оставляли в комнате до полного таяния и повышения температуры до комнатной (Приложение 6).

3. Затем использовалась универсальная индикаторная бумага, которая работает в самых разных средах от кислой до щелочной. Для этого рН определяют опусканием индикаторной бумажки в жидкость и сравнением изменившегося цвета со шкалой на коробочке индикаторной бумаги. Применяется следующая градация рН: сильно-кислые (3-4), кислые (4-5), слабокислые (5-6), нейтральные (6-7), щелочные (8-9), сильнощелочные (9-10). Лакмус фиолетовый в кислых растворах розовеет и краснеет, в нейтральной среде остается фиолетовым, а в щелочной синеет. Для сравнения изменения цвета используется контрольный вариант: окраска лакмуса в чистой воде (Приложение 7).

Проведенные исследования показали следующие результаты:

Таблица № 1. Уровень кислотности

Вывод:

1. Большее закисление проб снега происходит на территории комбината. Причиной может быть только негативное воздействие содержания кислотных оксидов в воздухе.

2. Среднее значение кислотности осадков в районе сквера им. Лермонтова М.Ю. -колеблется около 5-6 единиц pH, что незначительно превышает норму. Причиной может быть не только содержание кислотных оксидов в выбросах комбината, но и близость автомобильных дорог.

3. Самым чистым является снег, взятый в экопарке.

Таким образом, на практике было установлено, что кислотность выпадающих осадков в виде снега на улицах г. Магнитогорск в целом близка к слабокислой среде.

Основным загрязнителем среды является металлургический комбинат: выбросы вредных веществ образуют смог, который способствует образованию кислотных осадков. Остальные объекты меньше влияют на кислотность осадков.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выполнив работу по данной теме, я выяснил, что смог - сильное загрязнение воздуха промышленными выбросами и выхлопными газами автомобилей, оказывает крайне негативное влияние на людей, на растительный и животный миры. Отрицательное влияние смога наблюдается и на неживые предметы: усиливается коррозия металлов и сооружений.

Я узнал, как образуется смог. Виды смога бывают разные, поэтому и способы борьбы со смогом тоже должны быть различными. Самым опасным считается фотохимический смог. В его состав входят не только составляющие дыма, но и ряд вредных химических веществ.

Очень важно решать проблемы, которые вызывает смог. Но ещё важнее необходимо решать проблемы возникновения смога, найти способы борьбы с его появлением. Это одна из самых серьезных экологических проблем в мире. По этой причине в большинстве стран создаются нормативно-правовые акты и используются специальные системы мониторинга, с помощью которых можно отследить и сократить объемы вредных выбросов в атмосферу.

Есть ещё и эффективные механизмы борьбы с городским смогом:

Рекомендуется больше ходить пешком или ездить на велосипеде. Лучше пользоваться общественным транспортом, а не автомобилем;

Если необходимо заправить авто, специалисты советуют делать это рано утром или ночью, когда температура воздуха на улице наиболее низкая. Так бензиновые испарения не будут нагреваться, не образуется озон;

При нахождении на открытом воздухе лучше избегать районов, которые признаны крупнейшими источниками загрязнения. Например, сюда входят оживленные автомобильные трассы, предприятия тяжелой промышленности. В выходные дни надо уезжать из города в экологически чистые места: лес, река, озеро, в сельскую местность. Или же просто погулять в парке – зеленой зоне города. Там воздух чище за счет растений.

Каждый из нас может помочь сделать чище наш воздух, например:

Беречь зеленые насаждения в городе и сажать новые растения;

Озадачиться приобретением климатической техники с фильтрационными системами, которая поможет обезопасить всех членов семьи от воздействия смога;

При ремонте важно избегать лакокрасочных покрытий и других материалов с повышенным содержанием летучих органических соединений.

Отдавать предпочтение электроприборам, нежели газовым устройствам.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Боровский, Е.Г. Химическое загрязнение атмосферы.

2. Как смог влияет на организм? Рекомендации медиков.//http://www.rian.ru/spravka/20070821/72856485.html

3. Эстелле Лонгфильд « 365 научных экспериментов» 2007г.http://sci-nature.ru/smog-opasnost-bolshix-gorodov/http://bagira.nl/katastrofy-i-kataklizmy/londonskij-smog.html

Приложение 1

Приложение 2

П риложение 3

П риложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7