II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ДЕРЕВНИ КАПЫРЕВЩИНА СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Базанова А.Е. 1

---

1

Семенова А.В. 1

---

1

Работа в формате PDF

774.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение……………………………………………………………………………2

Основная часть:

1.Строение и состав атмосферы……………………………………………..3-4

2. Виды загрязнения атмосферы…………………………………………….4-5

3.Методы мониторинга воздушной среды…………………………………5-8

4. Использование метода лихеноиндикации в оценке воздушного состояния деревни КапыревщинаСмоленской области……………………………….8-14

Заключение…………………………………………………………………….14-15

Приложение

Список используемых источников и литературы

Введение

Жизнь всего живого на нашей планете невозможна без существования атмосферы. На сегодняшний день, актуальность выбранной темы, как никогда значима, так как наша воздушная оболочка Земли имеет большое влияние со стороны воздействия жизнедеятельности людей и индустриальных технологий. Вследствие чего атмосфера нуждается в ряде охранных мер, которые направлены на ее защиту.

Основная цель моей научно-исследовательской работы это определить методом лихеноиндикации состояния атмосферного воздуха д. Капыревщина Смоленской области. В данном случае объектом исследования является уровень загрязненности атмосферного воздуха, а в качестве предмета выступают различные формы лишайников.

Данная форма жизни достаточно распространена на нашей планете и является весьма чувствительной к загрязнителям и окружающим ее климатическим факторам.

Перед проведением своей научно-исследовательской работы, мною были поставлены следующие задачи:

1. Определить количество жизненных форм лишайников на территориях, где проходит исследование.

2. Установить источники, загрязняющие воздушную среду.

3. Установить наличие, загрязняющего воздух, диоксида серы в определенном районе исследования.

4. Сравнить концентрацию диоксида серы с ПДК.

5. Сделать соответствующие выводы по полученным результатам.

В ходе своего исследования, мной были использованы, как эмпирические (наблюдение и описание) так и теоретические (статистический, сравнительный методы, рассмотрение учебной литературы) методы.

1.Строение и состав атмосферы

Существование жизни на Земле зависит от наличия атмосферы. Атмосфера, в переводе с греческого языка, это воздушная или газовая оболочка Земли, которая вращается совместно с ней. Значение атмосферы для всех живых организмов многозначно. Благодаря атмосфере осуществляется процесс дыхания, защита всего живого от губительных ультрафиолетовых, инфракрасных, видимых лучей и леденящих температур[6].

Главными компонентами атмосферы являются: кислород, углекислый газ, азот, инертные газы. В атмосферном воздухе содержаться еще и твердые частицы в виде пыли, и водяной пар.

Атмосферным воздухом называется смесь газов, которые составляют воздушную оболочку Земли. Всем известно, жизнь без воздуха не возможна. Воздух по своей консистенции прозрачен, имеет способность к растворимости в воде, также характеризуется отсутствием запаха.

Характеризуя атмосферу, ее можно подразделить на две части. Верхняя, которая называется гетеросферой и нижняя, название которой – гомосфера. Гетеросфера обусловлена неоднородным составом химических элементов, а гомосфера (около 100 км), имеет однородный химический состав.

Главным свойством атмосферы является наличие в ней кислорода. В результате химических процессов с участием кислорода все живые организмы получают необходимую для их существования и жизнедеятельности энергию.

Физические свойства атмосферы способны меняться в пространстве, например от широты местности, и во времени: в ходе суток, сезонов.

Примерно на 3 тысячи километров от поверхности земли воздушная оболочка простирается вверх. Со сменой высоты меняются химические и физические свойства атмосферы. В результате чего в атмосфере выделяют: тропосферу (в ней находится до 80 % основной массы воздуха атмосферы), стратосферу, мезосферу, ионосферу, экзосферу.

Между воздушной оболочкой и различными сферами Земли происходят постоянные обменные процессы: обмен влагой, различными газами, теплом.

Около 50 км от поверхности Земли в стратосфере расположен озоновый экран (максимальная концентрация на высоте до 25км), который имеет особое важнейшее значение. Мощность данного слоя составляет около 4 мм у полюсов, и около 2 мм у экватора, а общее количество в атмосфере насчитывается в пределах 3,3 млрд.т [9].

2.Виды загрязнения атмосферы

Источники, которые влияют на газовый баланс атмосферы, подразделяют на естественные и искусственные источники, примеры видов загрязнения представлены в таблице №1(Приложение 1).

Искусственные источники загрязнения приносят, наибольший, вред для атмосферы. Данные вещества подразделяются на: твердые, жидкие, газообразные[8]. По сравнению с дымом и копотью, которые оказывали влияния на незначительные территории, разбавляясь воздушными массами, данные загрязнителя несут глобальное воздействие на окружающую среду. Двадцатый век, который сопровождался быстрыми темпами роста промышленных предприятий, привел к масштабному накоплению выброшенных в атмосферу отрицательных веществ, что они просто не могут рассеяться в воздушных массах, концентрация выбросов увеличивается и приводит к опасным и даже смертельным итогам для всего живого на Земле[5].

Атмосферный воздух в урбанизированных и индустриальных центрах, намного концентрированней вредными загрязнителями, чем на территориях, где деятельность человека, а особенно промышленная, минимальна [3].

Промышленное производство загрязняет атмосферный воздух вследствие вредных газов и индустриальной пыли. Тепловые электростанции являются поставщиками продуктов полного и неполного сгорания. Данный тип, выбросав, зависит от типа сгорания топлива, его вида, и технологий его использования [15]. Отрасли промышленности располагаются друг за другом, по степени загрязнения атмосферы:

1.цветная металлургия,

2. химическая,

3.нефтехимическая, черная металлургия,

4.деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность.

На сегодняшний день, одной из наиболее актуальных проблем, является проблема, которая касается загрязнения воздуха. Все начиналась с незначительных последствий, но развитие человеческой деятельности, постройка промышленных предприятий, транспортная сеть, привели к увеличению концентрации вредных веществ в атмосфере, которые не могут больше рассеиваться и имеют фатальные исходы для биосферы и всего живого в целом. Загрязнение атмосферы в экономически развитых районах наиболее выше, чем на периферических территориях. Одним из наиболее опасных загрязнителей воздуха является диоксид серы. В результате попадания на Землю, виде так называемых кислотных дождей, происходит процессы, которые губительно влияют на наземные и водные экосистемы[10].

3.Методы мониторинга воздушной среды

Загрязнители воздуха оказывают большое негативное воздействие на растительные сообщества. Наиболее распространенным загрязнителем является диоксид серы, который образуется при выбросе топлива с содержанием серы.

Наиболее уязвимыми к диоксиду серы являются лишайники, даже небольшое содержание его в воздухе сказывается на данных представителях - в первую очередь страдают кустистые, затем листовые и в конечном итоге накипные типы лишайников. [18].

К таким загрязнителям, как фторофодород, хлороводород чувствительны растения: земляника садовая, кукуруза, ель и др. Устойчивы к данным загрязняющим веществам: одуванчик, роза, томаты, картофель, тыквенные, гвоздичные, сложноцветные[23].

Самыми чувствительными индикаторами к загрязнителям воздуха являются лишайники. Накопление у лишайников таких вредных веществ, как серы, фтора, тяжелых металлов, происходит в талломе. Данные растения не требовательные к факторам внешней среды, но для своего функционирования им необходим чистый воздух. Чувствительные виды лишайников погибают от малейших загрязнений атмосферы.

Направление в науке, которое отвечает за состояние воздушной среды с использованием лишайников, называется лихеноиндикацией.

Лишайники это живые организмы, тело которых представлено микробионтом (образовано грибом) и фикобионтом (образовано водорослью) и находятся в симбиотических отношениях.

Долгое время эти жизненные формы могут пребывать, в засушливом состоянии, влажность которых будет составлять до 10% сухой массы. В результате чего лишайники пребывают в анабиозе. Поглощение воды лишайником осуществляется всей поверхностью его таллома. Вода поступает в основном из атмосферных осадков, также поступают и большинство химических элементов, поэтому влажность лишайников не постоянна и зависит от влажности внешней среды. Минеральное поступление веществ в лишайники, увеличивается в лесах, нежели на открытых местах. Благодаря этим растениям ведутся наблюдения за такими элементами в атмосфере, как: магний, железо, сера, фтор, хром, стронций, цинк, никель [7]. На сегодняшний день насчитывается около 30 тысяч видов, жизненные формы которых представлены в таблице №2 (Приложение 2), наиболее распространены эпифитные лишайники.

Отмечается сильная чувствительность лишайников к загрязнению внешней среды по ряду факторов:

• Отсутствие непроницаемой кутикулы (обмен газов идет всей поверхностью).

• Токсичные вещества скапливаются в воде, а лишайники поглощают ее всей поверхностью.

Влияние окружающей среды сильно сказывается на произрастании лишайников и на исчезновении ряда живых организмов, которые непосредственно, используют их в пищу. Лишайники не имеют способности выделять в окружающую среду вредные вещества, которые они поглощают, и поэтому они очень чувствительны к загрязнениям, которые приводят к физиологическим и морфологическим изменениям.

Чем ближе загрязнитель к лишайнику, тем его слоевище становится более плотным, теряет плодовые тела и увеличивается количество соредий. При дальнейшем воздействие загрязнения лишайник меняет окраску от светло-белой до темной, почти фиолетовой, в конечном итоге таллом сильно видоизменятся и растение гибнет [20]. Реакция лишайников на диоксид серы представлена в таблице №3(Приложение 3). Выделяют следующие закономерности встречаемости лишайников, при изучении загрязнения атмосферы:

• Лишайники покрывают меньшую площадь коры деревьев с увеличением загрязнения воздуха

• Лишайники встречаются редко в городских районах, где воздух имеет сильную загрязненность

• Первыми реагируют на загрязнения воздуха кустистые лишайники, за тем листовые, и в конечном итоге накипные.

В результате воздействия окружающей среды на лишайники можно провести следующую последовательность по встречаемости:

1. Количество видов лишайников уменьшается с повышением уровня загрязнения воздушной среды данной местности.

2. Площадь покрытия лишайников уменьшается с увеличением концентрации в воздухе загрязнителей.

3. Исчезновение лишайников идет от кустистых форм к накипным формам[21].

4.Использование метода лихеноиндикации в оценке воздушного состояния деревни Капыревщина Смоленской области

Проживая в урбанизированных районах, можно заметить, что уровень загрязненности атмосферного воздуха очень высок, нежели в сельской местности, а всему этому способствует деятельность технических предприятий, выхлопы автомобилей, мусорные свалки, сжигание различного сырья[12].

Для биотестирования экологической обстановки той или иной территории можно использовать метод лихеноиндикации, который позволяет с помощью различных видов лишайников и частоты их встречаемости определить, каков уровень загрязненности атмосферного воздуха в данной местности. Очень хорошо этот метод коррелируется с содержанием сернистого газа в атмосфере[19]. Мною было проведено исследование 5 улиц д.Капыревщина: ул. Магистральная, ул. Мира, ул. Набережная, ул. Льнозавод, ул. Школьная. Для лучшего восприятия представлены картографические участки улицы, где проводилось исследование:

Рис.1: Ул. Магистральная

Рис. 2: Ул. Мира

Рис.3: Ул. Набережная

Рис.4: Ул. Льнозавод

Рис.5: Ул. Школьная

Каждая из этих улиц делилась на 2 участка 20х20 метров и 50х50 метров. Для данных площадок были выделены свои параметры:

• Степень покрытия слоевищем лишайников каждого дерева

• Общее число видов лишайников

• Частота встречаемости каждого вида

Все полученные данные в ходе исследования представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Частота встречаемости и степень покрытия деревьев лишайниками по улицам д. Капыревщина

По полученным данным, можно сделать вывод о том, что по частоте встречаемости и по степени покрытия деревьев лишайники преобладают на улице Набережная, так как данный участок исследования располагается на удаленной от автодороги территории и открыт для воздушных масс. Так же положительную оценку получает улица Школьная, так как данная территория окружена зелеными насаждениями и является пришкольным участком, где располагается спортивное поле для занятий спортом. Оставшиеся улицы расположены в более антропогенных зонах и располагаются вблизи проезжей части и поэтому полученные результаты имеют низкую оценку.

При проведение работы, на местах исследования встречались следующие формы лишайников (рис.6-):

Рис.6: Представитель семейства Леканоровые (накипная форма)

Рис.8. Представитель семейства Пармелиевые (листоватая форма)

Рис.9. Представитель рода Фисция (накипная форма)

Рис.10. Представитель рода Плеврококк

Таблица 2

Воздействия загрязнения на встречаемость лишайников

По полученным результатам исследуемые улицы деревни Капыревщина можно разделить на три группы: чистые, средне загрязненные, грязные[20].

К первой группе относятся улицы Набережная и Школьная, где уровень загрязнения воздуха сернистым газом не превышает 0,05 мг/м3, то есть небольшое. Они являются благоприятными для проживания населения.

Ко второй группе относятся площадь улиц Мира и Льнозавод с показателями сернистого газа от 0,05 до 0,2 мг/м3. Данные участки исследования располагаются возле автодорог, с большей плотностью жилых построек, поэтому эти участки слабо вентилируются, и загрязнители накапливаются в приземном слое.

К наиболее загрязненным улицам относится улица Магистральная. Здесь наиболее сильное загрязнение воздуха сернистым газом приблизительно 0,3 мг/м3. Данная улица расположена рядом с автодорогой активной плотностью движения. Таким образом, метод лихеноиндикации можно использовать для определения уровня загрязнения атмосферного воздуха сернистым газом.

Заключение

Начиная писать заключительный вывод по своей работе, мне на ум пришла, весьма знакомая всем фраза, которая трактуется по разному, но в моем понимание она звучит, как: « Человечество совершает огромную ошибку, когда говорит о том, что может жить отдельно от природы и не принимать во внимание ее законы».

Прожив еще совсем не значительный для истории Земли период времени, человечество со своими индустриальными технологиями, опытами, жизнедеятельностью нанесло колоссальный вред всей окружающей среде и ее составляющим. И если так и дальше будет продолжаться, то выражение «звенящий воздух» получит совсем другое понимание, нежели сейчас.

Человек, как единица самого разумного создания на Земле, в некоторых своих поступках показывает обратное действие. На сегодняшний день, происходит бессмысленное уничтожение лесных массивов, а в частности тропических лесов, наших «зеленых легких» планеты. Полным ходом идет добыча «черного золота», истощаются запасы нефти.

Глобальных проблем достаточно. И одной из них является загрязнение атмосферы. На ее борьбу направлены силы многих ученых, которые представили всему миру свои проекты и методы для защиты и оценки загрязнения воздушной среды. Моя работа показывает действие наиболее простого, но проверенного и практичного метода оценки воздушной среды - метода лихеноиндикации. С помощью данного метода я провела ряд исследований воздушной среды в деревни Капыревщина и достигла, поставленных мною задач. Мной было определено количество жизненных форм лишайников на территориях, где проходило исследование. Мной были выявлены источники поступления, загрязняющие воздушную среду, установлено наличие загрязнения воздуха диоксидом серы. Проведено сравнение концентрации диоксида серы с ПДК. И теперь я обладаю данными, которые показывают, какие территории исследования в большой степени подвержены загрязнению воздуха, а какие в меньшей. По итогам своей работы я могу говорить о том, что загрязнение воздуха в д. Капыревщина по диоксиду серы небольшое, но есть и территории, где оно превышает ПДК.

Приложение

Приложение 1

Таблица №1.

Естественное и искусственное загрязнение атмосферы

Приложение 2

Таблица №2.

Жизненные формы лишайников

Приложение 3

Таблица №3.

Реакция лишайников на диоксид серы (SO2)