XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение загрязнения воздуха по снежному покрову

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гремяков А.С. 1

---

1МБОУ "Гимназия №13"

Чадалина Надежда Николаевна 1

---

1МБОУ "Гимназия №13"

Работа в формате PDF

530.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Актуальность

Окружающая среда оказывает большое воздействие на здоровье человека. 

Благодаря высокой сорбционной способности, снег накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим снег можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей среды.

В снежном покрове могут накапливаться различные вредные вещества, которые с талыми водами поступают в открытые и подземные водоёмы, почву, загрязняя их.

Именно поэтому анализ снеговых талых вод наиболее ярко показывает характер и процесс загрязнения окружающей среды. Снеговые талые воды содержат большое количество вредных веществ, выпавших из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, транспорта и накопившихся в снегу в течение зимнего периода. Применив доступные методики, можно использовать снеговой покров как индикатор для определения загрязнённости окружающей среды.

Цель работы: изучить физико-химические показатели снега, снеговой воды различных районов города Алексин на предмет содержания загрязнений.

Задачи:

изучить литературу по данному вопросу;

по внешнему виду снега определить степень его загрязнённости твёрдыми частицами;

определить степень загрязнённости талой воды органолептическим методом;

провести химический анализ талого снега на предмет содержания ионов;

изучить токсичность снега с помощью методов биотестирования;

на основании полученных данных провести сравнительный анализ проб снега, взятых из разных районов города Алексин.

Объект исследования: образцы снега и снеговой воды разных районов города Алексин.

Предмет исследования: снег, снеговая вода и вещества, загрязняющие их.

Гипотеза:  снеговой покров может служить индикатором чистоты окружающей среды.

Методы исследования:

Анализ и изучение литературных источников, раскрывающих теоретические аспекты свойств воды, ее биологическую роль и экологическое состояние.

Изучение различных методик исследования состояния снега и снеговой воды на загрязнители: органолептических, колориметрических, метода биоиндикации.

Исследование снеговой воды через проведение эксперимента, наблюдения, измерений, сравнения.

Глава 1. Литературный обзор

Снег является одним из непременных атрибутов зимы. Снег образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся при этом кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы.

1.1. Источники загрязнения снежного покрова

Снег по своему составу в настоящее время является «ядом» для окружающей среды. Процентное содержание ряда компонентов снега при усиленной антропогенной нагрузки превышает стандартный уровень в тысячи раз, что делает снег опасным для человека, так как человек дышит парами испарившейся воды, образующейся при таянии снега.

Выделяются пять основных групп поллютантов содержащихся в снежном покрове:

макрокомпоненты снеговых вод - пыль, сульфатные и гидрокарбонатные ионы, кальций, хлор, фтор, минеральные формы азота и фосфора и др.;

тяжелые металлы

органические соединения: фенолы, формальдегид, полициклические ароматические углеводороды;

радионуклиды [1].

Загрязнение снежного покрова происходит в 2 этапа.

Во-первых, это загрязнение снежинок во время их образования в облаке и выпадения на местность. Во-вторых, это загрязнение уже выпавшего снега в результате сухого выпадения загрязняющих веществ из атмосферы и использования реагентов для таяния снега коммунальными службами [2].

Источниками загрязнения снежного покрова являются:

- промышленные предприятия. Промышленные предприятия вносят основной вклад в загрязнение снежного покрова. Они загрязняют как уже выпавший снег, так и еще образующиеся снежинки. Радиус загрязнения довольно велик. Степень загрязнения зависит от типа предприятия и от фильтров, которые оно использует;

- автомобильный транспорт. Выброс загрязняющих веществ автотранспортом происходит практически на уровне земли и на небольшой радиус, но степень загрязнения этого радиуса очень высока;

- использование дорожных реагентов;

- загрязнения при проведении строительных работ;

- бытовой мусор;

- отходы жизнедеятельности животных;

- природные источники загрязнения (вулканы, лесные пожары и др.)[2,3].

Противогололёдными реагентами являются:

твердые реагенты – это материалы на основе хлорида кальция и хлорида натрия, которые могут применяться при низких температурах до -12^оС;

жидкие реагенты создаются как на основе хлорида кальция, так и хлорида натрия, применяются при относительно умеренных низких температурах, не ниже -5^оС;

комбинированные противогололёдные материалы образуются через смешивание хлорида натрия или кальция с песком, щебнем.

1.2. Талая вода, как загрязнитель почв

Тающий снег опасен в первую очередь для плодородия почв. Весной растениям необходимы питательные вещества для интенсивного вегетативного роста, которые в растворенном виде поступают из почвы.

В городах и промышленных районах почва находится в ужасающем состоянии. Вредные вещества, такие как соли тяжелых металлов, хлориды, нефтепродукты, вещества, оставшиеся от противогололёдных реагентов и впитывающиеся в почву, вместе с талой водой, еще больше ослабляют плодородные силы почв. Тем самым, уменьшая шансы выживания, будущих растений. И с каждой весной качество почв становится еще хуже.

Очищая дороги города, снег сваливают большими кучами по обочинам. Тающий снег токсичен, особенно в больших сугробах, которые долго лежали. Он содержит в себе опасные вещества, накопленные за зимний период. Но ведь эта талая вода уходит в землю, предварительно не очищается, и потому городская почва загрязняется.

Для того, чтобы этого не происходило, снег нужно вывозить за город, в специальные места, должны создаваться плавильные пункты, где талая вода пройдёт очистку, а потом будет сброшена в реки.

Такие меры должны применяться для предотвращения или хотя бы уменьшения загрязнения почв[5].

1.3. Загрязнение водоемов талыми водами

Талая вода может стекать в водоемы и становится их частью. Если вода загрязнена, то все загрязнения попадут в водоем, что представляет большую опасность для животных и человека.

На загрязнение атмосферного воздуха и снежного покрова негативное влияние оказывает транспорт. Выброс загрязняющих веществ автотранспортом происходит практически на уровне земли, и интенсивное загрязнение снежного покрова происходит локально, в непосредственной близости от дороги. Так, только в результате износа автомобильных шин и тормозных колод в снег проникают кадмий, цинк и медь, сажа, копоть, остатки минеральных масел, окислы азота из выхлопа, сложные органические соединения.

В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород. В период половодья загрязненные талые воды с многочисленных дорог устремляются в реки, вызывая кратковременное повышение в воде некоторых ингредиентов до уровня предельно допустимой концентрации (ПДК). Многие из вредных веществ накапливаются в донных отложениях водоема. Наиболее опасны кадмий и органические соединения. Они способны вызвать тяжелые органические поражения органов животных и человека, другие являются канцерогенами.

В Приложении №1 приведены наиболее часто проявляемые болезни, связанные с загрязнением воды [4].

Глава 2. Результаты исследования

2.1. Отбор проб снега

Исследование снежного  покрова проводилось в декабре 2022 года. Отбор проб снега производился в микрорайоне Сельхозтехника города Алексин. Пробные площадки находились в лесном массиве (образец 1), в районе завода ООО «НовоПласт» (образец 2), остановки автобусов (образец 3), заправочной станции (образец 4), вблизи автомагистрали, проходящей по улице Тульской. (образец 5).

2.2. Внешний вид образцов снега

Взятые пробы снега рассматривались на наличие внешних загрязнителей. Выбирают пробную площадку размером 1.5x1,5 м. Внимательно рассматривают внешний вид снега (цвет, вид, влажность, твердость) (рис.1)

Градации снега: белый, беловато-серый, серый, голубовато-серый, коричневатый и др.

Категории вида: свежевыпавший, ледяная корка, мелкозернистый, крупнозернистый.

По влажности снег подразделяется на сухой (образует непрочные комья, ссыпается с лопаты, большей частью рыхлый и рассыпчатый) и влажный (очень липкий, хорошо лепится в снежок, может образовывать крупные шары и глыбы).

Под твердостью снега понимают его сопротивление вдавливанию: очень мягкий (проникает четыре пальца), мягкий (проникает один палец), твердый (проникает карандаш), очень твердый (проникает линейка или лезвие ножа)[6].

Рис.1. Внешний вид снежного покрова в районе завода «НовоПласт»

Внешний вид образцов 2, 3, 4, 5 указывает на загрязнение механическими примесями. Самый чистый снег в лесной полосе (рис.2). Результаты органолептического исследования образцов снега приведены в таблице 1.          

Таблица 1. Местоположение отбора образцов и внешний вид снега

Рис.2 Внешний вид снега в образцах №1-5 (смотри справа налево)

2.3. Определение физических показателей талого снега

Для определения прозрачности проб талой воды в стеклянный цилиндр диаметром 3 см высотой 30 см наливается определенное количество воды, через которую просматривается шрифт (печатный текст). Можно сравнить каждую пробу с контрольным образцом – дистиллированной водой. Вода может быть прозрачной, слабо мутной, сильно мутной. Перед замером воду необходимо взболтать. Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения и определяется высотой столба воды в цилиндре, сквозь который начинают читаться буквы.

Для определения запаха в чистую широкогорлую колбу объемом 100 мл наливают исследуемую воду на 2/3 объема, прикрывают стеклышком, осторожно взбалтывают. Затем, сдвинув с колбы стеклышко, определяют запах воды. Запах определялся на расстоянии 5-7 см от носа.

Интенсивность запаха воды (при 20° С) определяем по пятибалльной системе (таблица 1), определяем характер запаха (таблица 2 приложения 1) [5,6].

Качественную оценку цветности воды определяют в пробирке, сравнивая с образцом чистой воды при дневном освещении. Единицей цветности служат особые градусы. Цвет чистой воды не должен превышать 40* по шкале цветности. При отсутствии видимой окраски вода считается бесцветной. Это вовсе не означает, что в ней нет примесей и загрязнений, просто они не оказывают влияния на окраску воды (таблица 3 приложения1).

Содержание взвешенных частиц определяется фильтрованием воды через бумажный фильтр и последующим высушиванием осадка в сушильном шкафу до постоянной массы[5,6].

2.4. Сравнительный анализ талой воды

О бразцы снега подверглись таянию и сравнению методом визуальной коллоритметрии (за эталон чистоты принята дистиллированная вода) по наличию загрязнения. Результаты сравнительного анализа образцов талой воды с различных пробных площадок приводятся в таблице 2 и на рисунке 3.

Рис.3. Образцы талой воды с пробных площадок

Таблица 2. Показатели качества проб снега

Проведённый анализ и сравнение полученных данных показал, что наиболее загрязнёнными образцами талой воды является пробы 2 и 3. Самым чистым образец под номером 1 ( пробная площадка в лесу). Мутная вода образовалась при таянии образцов снега 3, 4, 5. На цветность воды сказалось наличие песка, сажи и других посторонних загрязнителей.

Присутствие постороннего ароматического запаха ощущается в образцах 2,3,4, запах технический и нефтепродуктов (бензина, мазута).

2.5. Результаты химического анализа талой воды

2.5. 1. Определение рН снега

Одной из характеристик загрязнения снега является его кислотность. Кислотность - концентрация ионов водорода в растворе, которую принято выражать условно символом рН. При рН=7 реакция воды - нейтральная, при рН <7 - кислая и при рН >7 - щелочная.

Определение рН проводилось в отфильтрованных образцах растаявшего снега с использованием универсальной индикаторной бумаги. Результаты исследования представлены в таблице 3.

Результаты исследования показали, что образцы 2, 3,4, 5 имеют в своем составе загрязняющие вещества, которые изменили среду на слабо кислотную.

2.5.2. Наличие органических загрязнителей

Для определения наличия органических примесей в пробирку с 2 мл исследуемой пробы талой воды добавлялось по одной капле 5%- ного раствора перманганата  калия. Обесцвечивание раствора перманганата калия указывает на присутствие примесей органического происхождения.

Отсутствие примесей органического происхождения наблюдается в образцах 1, 3.

2.5.3. Определение сульфатов

В пробирку отбирают 2 мл воды и добавляют 1 мл хлорида бария (BaCl₂). Помутнение и осадок свидетельствуют о наличии сульфатов. 

Ba²⁺ + SO4^2- =BaSO4↓

В образцах талой воды сульфат ионы не обнаружены.

2.5.4. Определение хлоридов

В пробирки наливают 2 мл воды и добавляют 1 мл нитрата серебра. Затем добавляют хромат калия. Нитрат серебра даёт с хлорид ионами белый осадок. В качестве индикатора используется хромат калия, который реагирует с избытком нитрата серебра, при этом желтая окраска раствора переходит в оранжево – желтую.

Ag⁺ + Cl ^- = Ag Cl ↓

Осадок отсутствует в образце 1. Интенсивный осадок образуется в пробах 3,4.5.

2.5.5. Качественное обнаружение катионов тяжёлых металлов

В пробирку отбирают 2 мл пробы и добавляют 1 мл гидроксида натрия. При наличии положительной пробы образуется помутнение в пробирке[4]. В образцах 2,3,4,5 наблюдаем помутнее, что указывает на наличие ионов тяжёлых металлов.

Результаты химического анализа талой воды представлены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты химического анализа проб талого снега

2.6. Методы биотестирования

Было принято решение проверить, влияет ли степень загрязнения талой снеговой воды на растения. В склянки с образцами талой снеговой водой с пяти пробных площадок поместили веточки сирени. Результаты биотестирования представлены в таблице 4.

Таблица .

Вывод: быстрее шло набухание почек и развитие молодого побега в образце талой снеговой воды с пробной площадке в лесной полосе. Значит, этот образец содержит меньше загрязняющих веществ, которые влияют на рост и развитие растений. На основание эксперимента и полученных данных, можно сделать вы «НовоПласт» (образец 2), остановки автобусов (образец 3).

Выводы

Отбор 5 образцов снега производился на пробных площадках микрорайона Сельхозтехника города Алексин. В ходе выполнения исследовательской работы:

1. познакомились и проанализировали литературные источники по теме исследования;

2. описали внешний вид снежного покрова на каждой из пробных площадок;

3. наиболее загрязнён примесями образец 2 и 3, пробная площадка в районе завода и автобусной остановки;

4. много частиц песка содержат образцы 3,4;

5. проведён анализ талого снега. Наиболее загрязнённым образцом является далее 2,3,4. Самым чистым оказался образец под номером 1. Мутная вода образовалась при таянии образцов снега 2, 3, 4, 5. На цветность воды сказалось наличие песка, сажи и других посторонних загрязнителей. В образце №4(заправка) отмечены пятна от бензина. Присутствие постороннего ароматического запаха ощущается в образах 2.3,4,5; запах технический и нефтепродуктов (бензина, мазута).

6. Проведён химический анализ талой воды. Образцы 2, 3,4, 5 имеют слабо кислотную реакцию среды. Сульфаты не обнаружены ни в одном из образцов. Хлориды не содержатся только в образце 1. Помутнение при действии щёлочи на пробы указывает на содержание ионов тяжёлых металлов. Их много содержится в снежном покрове вблизи автомобильных магистралей и заправки.

7. В качестве загрязнителей в снежном покрове могут содержаться органические вещества. Отсутствуют примеси органического происхождения в образцах 1.

8. Метод биотестирования можно использовать для определения степени загрязнённости снежного покрова. О степени загрязнённости можно судить по скорости набухания почек и развития побегов.

Заключение

Мы подтвердили гипотезу, что снеговой покров является индикатором окружающей среды.

Самым чистым участком является площадка №1, находящаяся в лесной полосе, так как в зимний период здесь нет воздействия антропогенного фактора, лесной массив находится на большом расстоянии от автомагистрали.

Самыми загрязнёнными оказались участки 2 и 3, рядом с заводом и на автобусной остановке.

Все загрязняющие вещества, попавшие в снег на участке, находящемся около автомобильной магистрали, весной попадут в почву.

Анализ снега показал, что в воздухе содержится очень большое количество различных вредных веществ, которыми люди дышат, это может привести к неблагоприятным последствиям и проблемам со здоровьем.

Загрязнение атмосферного воздуха в нашем городе имеет антропогенный характер, большей частью это выхлопные газы автомобилей, со всеми ядовитыми веществами, выбросы промышленных предприятий.

Вывоз снега с улиц города должен осуществляться на специальные снеговые поля, находящиеся вдали от населённых пунктов и рек, чтобы талые воды не загрязняли их.

Используемые источники

1. Мамедов Н.М., Суравегина И.Т. Экология: Учебное пособие для 9-11классов общеобразовательной школы. – М.: «Школа-Пресс», 1996.- 464 с.

2. http://tereshina.edurm.ru/rabota.html

3. http://protown.ru/russia/obl/articles/4147.html

4. http://schools.keldysh.ru/school1413/eco1/atmo.htm

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BD%D0%B5%D0%B3

6. http://meteocenter.net/meteolib/ww.htm

Приложение 1

Таблица 1. Пятибалльная система определения интенсивности запаха

Таблица 2. Определение характера запаха

Таблица 3. Определение цвета воды

Приложение 2

Заболевания, возникающие при токсическом воздействии химических элементов и субстанций, находящихся в воде