XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование загрязненности снежного покрова оренбургского района

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Матвеева В.А. 1Абсалямов Д.Р. 1

---

1ЧОУ СOШ "Экополис"

Айтасова Д.А. 1

---

1ЧОУ СОШ "Экополис"

Работа в формате PDF

780.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Выбор данной темы изучения был не случайным. Во-первых, снег является хорошим накопителем всех веществ, попавших в него. Во-вторых, исходя, из полученных результатов можно давать оценку экологического состояния снега, а в последующем и воды, которая попадает в почву. В-третьих—можно сделать анализ загрязнителей по характеру происхождения (природные или антропогенные).

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. При образовании снежного покрова из-за процессов сухого и влажного выпадения примесей концентрация загрязняющих веществ в снегу оказывается на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому измерения их содержания могут производиться более простыми методами с высокой степенью надёжности. Средняя продолжительность снежного покрова в нашей местности составляет 4 месяца. Он появляется преимущественно в середине ноября, и таит к концу марта. Загрязнение снежного покрова нитратами и сульфатами представляет особый интерес в связи с тем, что эти компоненты могут быть причиной «кислотных выпадений».

Этот подход является достаточно экономичным, поскольку допускает на основе нескольких точек определять с высокой точностью уровни загрязнения снега. Одной из экологических проблем является повышение кислотности окружающей среды.

Проблема исследования заключается в том, что существуют определенные противоречия между включением данных методик исследования в школьную программу и степенью их изученности, между большой базой всевозможных экспериментов и отсутствием методик по работе с ним. Данные противоречия требуют грамотного и обоснованного решения, исходя из этого и строится наше исследование.

На основании выше упомянутых факторов, темой нашего исследования является: «Исследование загрязненности снежного покрова Оренбургского района».

Целью проектной работы является выявить степень загрязнения снежного покрова на разных участках оренбургского районах его влияние на природную среду.

Для достижения поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи:

• провести анализ научной литературы и электронных изданий;

• провести анализ методик исследования уровня загрязнения снега;

• провести исследование физических свойств проб снега;

• провести исследование химических свойств снега;

• сделать вывод о степени загрязненности Оренбургского района и выявить основные источники загрязнения.

Объектом выступает снежный покров в зимний период в городе Оренбург.

Предметом является оценка уровня загрязненности снежного покрова с территории ЧОУ СОШ «Экополис», с участка частного дома в селе Подгородняя Покровка и вблизи автомобильной дороги.

Гипотеза исследования заключается в предположении, что расположение автомобильных дорог негативно влияет на уровень загрязненности снежного покрова.

Методы исследования:

• теоретический метод (анализ литературных источников информации, постановка целей и задач исследования);

• экспериментальный метод (проведение физико-химического анализа проб снега);

• эмпирический (наблюдение, описание, обобщение).

Проектная работа проводилась на базе частного общеобразовательного учреждения «Средней общеобразовательной школы «Экополис» и Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения высшего образования «Оренбургский государственный педагогический университет» г. Оренбурга в три этапа.

Первый этап: изучение научной литературы по проблеме исследования, первичное накопление теоретического материала. На данном этапе были сформулированы проблемы проектного исследования, цели и задачи.

Второй этап: сбор, обработка и анализ материала. Теоретическая разработка методик проведения эксперимента.

Третий этап: проведение непосредственного химического анализа.

Структура работы: введение, две главы, заключение, список использованной литературы и приложения.

ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

1.1 Источники загрязнения окружающей среды

Загрязнение – это привнесение в природную среду или возникновение в ней новых, чуждых ей химических соединений, биологических систем, а также физических воздействий [13].

Существуют различные классификации загрязнителей окружающей среды: по свойствам загрязнителей (физические, химические, биологические и т.п.); по состоянию загрязняющего вещества (газ, жидкость твердые отходы и т.д.); по стойкости загрязнения в естественной среде (разрушаемые и неразлагаемые); по качеству или виду среды, где распространяется загрязнение [4]. Разделение это условное, поскольку человек и экологические системы подвергаются воздействию не отдельных загрязнителей, а их комбинаций, включающих химические, физические и биологические составляющие [6].

Город является локальным центром интенсивного загрязнения атмосферы и земной поверхности, тепловых аномалий, изменений естественного покрытия поверхности [21].

Источников загрязнения биосферы множество. Так, главными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются разные факторы [7].

Основными загрязнителями снежного покрова города служат выбросы автомобильного транспорта, промышленности, и антигололедные средства. Повышенное загрязнение снега вдоль дорог вызвано снижением эффективности работы автомобильных двигателей при отрицательных значениях температуры воздуха [10].

Индустриальное развитие привело к тому, что за последние 100 лет концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась на 12-13%, на 10-20% возросла запыленность атмосферы [15].

Наряду с загрязнением атмосферы происходит одновременно загрязнение поверхностных и грунтовых вод. Важным компонентом экосистемы является почва, которая тоже подвергается воздействию человека и делается непригодной для использования. Эти вещества не только загрязняют воздух, но и проникают в корни растений, а через них – организм животных [8]. Уровень загрязнения среды определяет экологическую безопасность. Вопрос экологической безопасности связан с основным правом человека – правом жить в чистой экологической среде [19].

1.2. Причины загрязнения снежного покрова

С развитием технологий, человек потребляет больше ресурсов и это не всегда положительно складывается на природе, ведь загрязняется та же атмосфера, которая будет влиять на снежинки, что падают на землю [9].

Снег является одним из непременных атрибутов зимы. Он образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся кристаллы льда, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. «Выпавший на земную поверхность снег формирует снежный покров – слой, способный качественно характеризовать содержание загрязнителей в атмосферных осадках, накапливающихся в толще снега в течение зимы [17].

В настоящее время не просто найти снег, который превратится после таяния в чистую, полезную для здоровья, воду (как показали исследования экологов, в городском снегу количество вредных соединений, и в первую очередь, в десятки раз превышает все нормы ПДК) [1].

Снег является хорошим индикатором распространения загрязнений. Загрязняющие вещества выпадают из атмосферы в сухом виде и с осадками и накапливаются в снежном покрове на больших расстояниях от источников — промышленных предприятий, транспортных коммуникаций и т. п. [3]. В снежном покрове может находиться намного больше загрязняющих веществ, чем в атмосфере. Отдельные снежинки вбирают в себя загрязняющие вещества из атмосферы, поэтому выпавший снег уже не чистый, а токсичным [5].

Особенно сильно загрязнен снег, который выпал в промышленных районах, а также рядом с автомобильными трассами. Основными источниками загрязнения снега в нашем районе является автомобильный транспорт и сажа, которая является продуктом горения топлива [18].

За зиму снег впитывает в себя и удерживает многие загрязняющие вещества из воздуха. Снежный покров накапливает загрязняющие вещества из атмосферы, мусор, и пр. Проведение измерений и проб по определению уровня загрязнения снега за зиму, может дать ответ, насколько сильным было загрязнение в определенном регионе [14].

Снег – это индикатор, который показывает все процессы загрязнения природных сред. Особенно подвергается загрязнению снег, который расположен в промышленных зонах рядом с магистралями, железными дорогами [11].

ГЛАВА 2 ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА ОРЕНБУРГСКОГО РАЙОНА

2.1 Описание методики исследования снежного покрова

Прежде, чем начинать сбор образцов снежного и почвенного покрова, необходимо руководствоваться следующими нормативными документами:

1) ГОСТ 17.1.5.05–85. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков.

2) Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве (Ревич, Сает и др., 1990).

3) Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186–89 (действует с 01.07.1991). — М.: Госкомгидромет, 1991. Отбор проб снежного покрова производится в период его максимального накопления, незадолго до периода снеготаяния (конец февраля — март) на открытых местах, на расстоянии не менее 500 м от ближайшего источника антропогенного воздействия (в лесу — на больших полянах) [16].

Отбор проб снежного покрова производится в период его максимального накопления, незадолго до периода снеготаяния (конец февраля-март) на открытых местах, не менее 500 м от ближайшего источника антропогенного воздействия [2].

Образцы для исследований мы брали в трех местах: территория ЧОУ СОШ «Экополис» (Проба №1); объездная трасса Оренбург-Сорочинск (Проба №2); частный дом в Подгородней Покровке (Проба №3).

После отбора каждую пробу поместили в тару, где ее подписали и дали время, около 1 суток, для таяния проб снежного покрова [12].

Описание методики исследования

Лабораторная работа № 1 Анализ содержания примесей снежного покрова

Цель работы: провести отбор проб снега на разном расстоянии от автомобильных дорог и в зонах отдыха; проанализировать состояние снежного покрова по органолептическим показателям талой воды (наличие осадка, запах, мутность); оценить наличие взвешенных веществ, нефтепродуктов и общее содержание солей в пробе.

Материалы: пробы снега; дистиллированная вода.

Оборудование: весы лабораторные с точностью измерения 0,001 г; индикаторная бумага; фильтры бумажные; емкости для проб снега с крышками; мерные цилиндры вместимостью 10 и 100 мл; конические колбы вместимостью 500мл; пробирки.

Подготовка и проведение испытаний.

Отобрать пробы снега на всю глубину снежного покрова на различном расстоянии от автомобильной дороги. В качестве фоновых участков следует выбирать дворовые территории и зоны отдыха. Пробы пронумеровать, поместить в тару с пробками и оставить при комнатной температуре до полного расплавления снега.

1. Органолептические свойства талой воды

1.1 Осадок.

Количественный осадок характеризуют следующим образом: нет; незначительный; заметный; большой.

При очень большом осадке указывают толщину слоя в миллиметрах. По количеству осадок определяют, как хлопьевидный, илистый, песчаный и т.п. С указанием цвета - серый, бурый, черный и др.

1.2 Запах.

Заполнить колбу исследуемой водой на 1/3 объема, закрыть пробкой и взболтать. Открыть колбу и осторожно, неглубоко вдыхая воздух, сразу же определить характер запаха. Примеры описания запахов: болотный, гнилостный, древесный, землистый, плесневый, рыбный, сероводородный, травянистый, хлорный, фенольный, неопределенный.

Интенсивность запаха оценивают по 5-балльной шкале по интенсивности. Запах воды следует определять в помещении, где воздух не имеет постореннего запаха. Желательно, чтобы характер и интенсивность запаха отмечали несколько исследователей.

1.3. Окраска, мутность.

Мутность и окраску воды определяют, рассматривая пробирку с талой водой сверху на белом и темном фоне при достаточном боковом освещении. Мутность характеризуют: прозрачная, слабо опалесцирующая, опалесцирующая, слабо мутная, мутная, очень мутная.

Лабораторная работа № 2 Определение наличия экотоксикантов в пробах талого снега

Цель работы: провести качественное определение с приблизительной количественной оценкой содержания в пробе хлорид-ионов, катионов свинца, сульфат-ионов и катионов железа. Провести сравнение содержания примесей в отобранных пробах и сделать вывод о степени загрязнения снежного покрова от автомобильных дорог.

Реактивы и оборудование: раствор AgNO3 (1 %); раствор KI (5 %); раствор ВаСl2 (1 %); раствор NH4CNS (2 %); раствор НСl (1:5); раствор HNO3 (1:1), штатив с пробирками, мерные пипетки на 5 мл;

1. Качественное определение содержания хлорид-ионов с приближенной количественной оценкой.

Метод основан на осаждении хлорида серебра:

Сl^- + AgNO3 = AgCl↓ + NO^3-

В пробирку поместить 3 мл талой отфильтрованной воды. Добавлять по каплям (3 капли) раствора нитрата серебра. Определить приближенное содержание хлорид-анионов по таблице 1.

Таблица 1

Концентрация хлоридов в зависимости от вида осадка

2. Качественное определение катионов свинца

Метод основан на осаждении йодида свинца:

Pb²⁺ + KI = PbI₂↓ + 2K⁺

В пробирку поместить 3 мл талой отфильтрованной воды. Добавлять по каплям (3 капли) раствора йодида калия. Выпадение осадка ярко-желтого цвета свидетельствует о наличии в пробе солей свинца.

3. Качественное определение содержания сульфат-ионов с приближенной количественной оценкой

Метод основан на осаждении сульфата бария:

SO₄^2- + ВаCl₂ = BaSO₄↓ + 2Сl^-

В пробирку поместить 3 мл талой отфильтрованной воды. Добавить несколько капель соляной кислоты и по каплям (3 капли) раствора хлорида бария, полученный раствор перемешать. Приблизительное содержание сульфатов определить по таблице 2.

Таблица 2

Концентрация сульфатов в зависимости от вида осадка

4. Качественное определение содержания катионов железа с приближенной количественной оценкой.

Метод основан на образовании окрашенного роданида железа:

Fe³⁺ + 3NH₄CNS = Fe(CNS)₃ + 3NH⁴⁺

В пробирку наливают 10 мл исследуемой воды, вносят две капли концентрированной соляной кислоты и несколько кристаллов персульфата аммония и 0,2 мл роданида аммония или калия. После внесения каждого реактива содержимое пробирки перемешивают. Приближенно массовую концентрацию железа определяют в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3

Концентрация катионов железа.

2.2 Анализ результатов исследования

Лабораторная работа № 1 Анализ содержания примесей снежного покрова

1. Органолептические свойства талой воды

Таблица 4

Количественный осадок

Вывод: исходя из представленных данных, видно, что с пробы снежного покрова взятой вблизи автомобильной дороги имеется нерастворимый осадок, что показывает на то, что уровень загрязнения такого снега будет выше, чем взятый со двора.

Таблица 5

Интенсивность запаха

Вывод: на запах воды указывает влияние состав содержащихся в ней веществ. В нашем случае у проб 1 и 3 запах не ощущался, но у пробы 2 был сильно выраженный гнилостный-хлорный запах, следовательно, такую воду нельзя использовать для питья, а также для применения в быту.

Таблица 6

Интенсивность мутности и запаха

Лабораторная работа № 2 Определение наличия экотоксикантов в пробах талого снега

1. Качественное определение содержания хлорид-ионов с приближенной количественной оценкой.

По результатам нашего исследования в 1и 3 пробах была едва заметная муть, но во 2 пробе мы обнаружили, что у нас выпал объемный белый осадок.

Рисунок 2. Диаграмма, показывающая концентрацию ионов хлора.

Как видно из диаграммы, количество ионов хлора в снеге, который собрали около дороги, более 100 мг/л, что свидетельствует о том, что при таянии такого снега есть риск загрязнения водных объектов, сточных вод и почвы хлоридами.

2. Качественное определение катионов свинца

Ионов свинца в 1 и 3 пробах было не обнаружено, с 3 же пробы проявился слабо заметный оттенок желтого цвета, что свидетельствует нам о том, что во 2 пробе имеется небольшое содержание Pb²⁺.

3. Качественное определение содержания сульфат-ионов с приближенной количественной оценкой

По результатам нашего исследования в 1и 3 пробах не выпал осадок, но во 2 пробе мы обнаружили, что у нас образовался белый осадок.

Рисунок 3. Диаграмма, показывающая концентрацию сульфат-ионов

Как видно из диаграммы, количество сульфат-ионов в снеге, который собрали около дороги, более 100 мг/л, что свидетельствует о том, что при таянии такого снега есть риск загрязнения водных объектов, сточных вод и почвы сульфатами.

4. Качественное определение содержания катионов железа с приближенной количественной оценкой.

По результатам нашего исследования в 1и 3 пробах не было никакого окрашивания раствора, но во 2 пробе мы увидели ярко желтое окрашивание, что свидетельствует нам о том, что концентрация ионов железа в данной пробе около 2 мг/л.

Рисунок 4 Диаграмма, показывающая концентрацию ионов железа

Кислотность определяли по изменению окраски универсальной индикаторной бумаги, а также по рН-метрии. Установили, что среда растворов в пробах со школьного участка и со двора дома нейтральная. Участок территории у дороги показал слабокислую среду (рН=5,5). Повышение кислотности связано с выбросами выхлопных газов автомобильного транспорта.

Таким образом, обобщая результаты проектной работы, представленные на приведенных рисунках, и в выводах, можно сделать обобщение, что количество экотоксикантов во дворе школы, а также на территории частного дома находятся в пределах нормы. Чего не скажешь о снежном покрове вблизи автомобильной дороги, здесь превышены концентрации хлорид-ионов, сульфат-ионов, ионы железа и свинца. Используя специальные методики можно выявить в снежном покрове конкретные химические вещества, которые попадают в него в результате антропогенного воздействия. С помощью качественных реакций определяли содержание хлорид-, сульфат- ионов в исследуемых пробах.

В результате качественного анализа снежного покрова на содержание катионов металлов было обнаружено повышенное содержание Fe³⁺ и Pb²⁺ в снеге в пробе взятого с дороги, что обусловлено влиянием транспорта.

Эти вещества пагубно влияют на развитие корневой системы растений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе проведены исследования свойств снега. Выполнен качественный анализ снега на наличие химических загрязнителей (хлорид-, сульфат-ионов, катионов тяжелых металлов). Проведен сравнительный анализ результатов проб снега, что позволило выявить зависимость чистоты снежного покрова от антропогенного действия человека на разных участках и разработать рекомендации и предложения по ограждению человека от негативных воздействий.

По результатам работы сформулированы выводы: снежный покров -это гигантское «одеяло», защищающее землю от промерзания; снежный покров не является абсолютно чистым и может содержать различные примеси; экологическое состояние окружающей среды на территории школы и частного дома в пределах нормы; снежный покров вблизи автомобильной дороги имеет в своем составе большое количество экотоксикантов.

Таким образом, гипотеза нашего исследования подтвердилась.

Установлено повышенное содержание механических примесей, хлорид-ионов, сульфат-ионов, а также ионов свинца и железа в пробах снега в зависимости от удаленности от дороги, что обусловлено воздействием выхлопных газов автомобилей. Содержащиеся в снежном покрове химические загрязнители при таянии попадают в почву, из года в год накапливаются в ней, проникают в растения и тем самым вызывают ряд заболеваний.

Рекомендации и предложения: следить за состоянием окружающей среды в своем микрорайоне, используя данные учебно-исследовательских работ; знакомить с экологическими проблемами учащихся своей школы, родителей, жителей микрорайона; для изменения ситуации в лучшую сторону необходим переход на экологически чистое топливо, сокращение выпуска этилированного бензина, являющегося причиной свинцового загрязнения.

Работа имеет возможность дальнейшего продолжения по выявлению химических загрязнителей в почве и произрастающих на ней растений.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акимова, О.А. Снег как индикатор окружающей среды / О.А. Акимова // Вестник магистратуры. – 2021. - № 4-1(115). – С. 11–15.

2. Алексеев, С.В. Практикум по экологии. / С.В. Алексеев, Н.В. Груздева, А.Г. Муравьева, Э.В. Гущина. -Самара: Дом Федорова, 2005. - 304 с.

3. Артемов, А.В. Сравнительный анализ антропогенного загрязнения снежного покрова и гидросферы урбанизированных городов / А.В. Артемов // Экология человека. – 2003 г. - № 4. – С. 35-38.

4. Ашабоков, Б.А. Результаты прогноза снежного покрова в кавказском регионе методом сингулярно-спектрального анализа / Б.А. Ашабоков, А.А. Ташилова, Л.А. Кешева // Наука. Инновации. Технологии. – 2018. - № 4. – С. 65–76.

5. Ашхмина, Т.Я. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие. / Т.Я. Ашхмина. - М.: АГАР, 2006. - 416 c.

6. Бокова, А.В. О чем молчит снег (исследование загрязнения снежного покрова путем биотестирования / А.В. Бокова // Молодой ученый. – 2016. – С. 11-12.

7. Бондарчук, М.М. Биология. Дополнительные материалы к урокам и внеклассным мероприятиям по биологии и экологии в 10-11 классах /. М.М. Бондарчук, Н.В. Ковылина. – Волгоград: Учитель, 2007. - 12 с.

8. Василенко, В.Н. Мониторинг загрязнения снежного покрова / И.М. Назаров, М.Д. Фридман. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – С. 181.

9. Игнатенко, О.В. Исследование загрязнения снежного покрова тяжелыми металлами на территории города Братска / О.В. Игнатенко // Труды Братского Государственного университета. Серия: естественные и инженерные науки-развитию регионов Сибири. – 2009. – С. 160-163.

10. Игонина, А.С. Исследование показателей качества снега как индикатора чистоты окружающей среды села Октябрьский и прилегающей территории / А.С Игонина, С.В. Колосов // Решение. – 2018. - № 1. – С. 407–408.

11. Кириллин, А.Р. Особенности снегонакопления и параметры снежного покрова на Эльконском горном массиве / Вестник Забайкальского государственного университета. – 2020. - № 7. - С. 62–76.

12. Мансурова, С.Е. Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл.: Школьный практикум / С.Е. Мансурова, Г.Н. Кокуева. – М.: ВЛАДОС, 2001. - 112 с.

13. Мелихова, О.П. Биологический контроль окружающей среды / О.П. Мелихова, Е.И. Егорова. - М.: Академия, 2007. - 12 с.

14. Мищенко, О.А. Мониторинг состояния снежного покрова на территории Хабаровского края / О.А. Мищенко, А.А. Шелганова // Отходы и ресурсы. – 2022. - № 3. – С. 75–79.

15. Потемкин, К.А. Исследование состава снежного покрова городской среды / К.А. Потемкин, К.В. Радионова, Е.В. Кононова, В.А. Миронова, М.В. Чижевская // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. – 2012. – С. 241-242.

16. Саввинова, М.Е. Исследование загрязненности снежного покрова на примере города Якутска / М.Е. Саввинова, Н.Н. Местникова // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2019. - №11. – С. 17-22.

17. Стручкова, Г.П. Исследование загрязнения снежного покрова угледобывающих районов с использованием спектральных характеристик / Г.П. Стручкова, Т.Г. Крупнова, С.А. Тихонова, Т.А. Капитонова // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. - № 12-1. – С. 195-203.

18. Фролова, О.В. Исследовано в России [Электронный ресурс]: многопредмет. науч. статья. / Череповец химико-технологический колледж. - Электрон. статья. - 2017. - режим доступа к статье.: https://elibrary.ru/item.asp?id=35474254

19. Хазимуллина, Ю.З. Определение тяжелых металлов в снежном покрове. Материалы 17 международной экологической студенческой конференции / Ю.З. Хазимуллина. - Новосибирск: 2012. - 36 с.

20. Шумилова, М.А., Особенности загрязнения снежного покрова вблизи крупных автомагистралей г. Ижевска / М.А. Шумилова, Т.Г. Жиделева // Вестник Удмуртского университета. Серия Химия. Выпуск 2 - 2010. - С.90 – 97.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1