XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Мониторинг определения объемов загрязнителей атмосферного воздуха при антропогенной нагрузке и его экологического состояния в микрорайоне школы в 2025-2026 гг.

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Орещенков И.Г. 1

---

1Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения Руднянская средняя школа №1 «РСШ №1 города Рудни»

Комарова Г.И. 1

---

1Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «РСШ №1 города Рудни»

Работа в формате PDF

137.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Поговорка «необходим как воздух» не случайна. Народная мудрость не ошибается. Без пищи человек может прожить 5 недель, без воды – 5 суток, без воздуха – не более 5 минут.

В большинстве стран мира воздух тяжелый, поэтому глобальной общечеловеческой проблемой современности стала экологическая проблема, которая связана с активным вмешательством человека в природу. Эта проблема, главным образом, заключается в ухудшении качества окружающей среды, особенно воздушной. Главным загрязнителем воздушной среды является транспорт. Все виды современного транспорта наносят большой ущерб атмосфере, но наиболее опасным загрязнителем для нее является автомобиль. Актуальность данной проблемы очевидна. Поэтому необходимо проводить исследования, мониторинги, результаты которых помогут определить пути решения проблемы.

Наша школа, где мы учимся, находится в 100 метрах от главной шоссейной дороги, по которой движется значительное количество автомашин, поэтому в данной работе рассматривается вопрос об экологическом состоянии атмосферного воздуха в микрорайоне школы.

Актуальность изложенной проблемы предопределила тему нашей работы «Мониторинг определения объемов загрязнителей атмосферного воздуха при антропогенной нагрузке и его экологического состояния в микрорайоне школы в 2025-2026 гг.»

Для объективной оценки чистоты воздуха, в работе представлена ее практическая часть, которая включает в себя определение объемов загрязнителей атмосферного воздуха в микрорайоне школы для предложений по его улучшению.

Новизна: комплексный подход к изучению экологического состояния атмосферного воздуха в микрорайоне школы.

Цель работы: оценить экологическое состояние воздушной среды в микрорайоне школы и разработать меры по улучшению качества воздуха.

Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить научную литературу по данной проблеме, освоить методики для проведения исследований.

2. Определить объемы загрязнителей при выбросе выхлопных газов в атмосферу и оценить степень чистоты атмосферного воздуха.

3. Провести сравнительный анализ полученных результатов за 2 года.

4. Предложить пути решения проблемы по улучшению экологического состояния атмосферного воздуха.

Гипотеза: экологическое состояние атмосферного воздуха в микрорайоне школы – удовлетворительное, но существуют риски его ухудшения при увеличении антропогенной нагрузки.

Объект исследования: атмосферный воздух в микрорайоне школы.

Предмет исследования: экологическое состояние атмосферного воздуха в микрорайоне школы.

Методы

Теоретический: поиск и анализ информации, освоение методик.

Эмпирический: наблюдение, описание, измерение, сравнение.

Математический – статистика, математические расчеты.

Место проведения: близко прилегающая к школе территория.

Этапы проекта

• Подготовительный (поиск, и анализ литературы).

• Исследовательский (постановка задач исследования, выбор методов и методик для исследования, получение результатов).

• Аналитический (анализ полученных результатов, обобщение, сравнение, построение таблиц, с полученными результатами).

• Заключительный (формулирование выводов, установление закономерностей применимости результатов и подведение итогов).

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты будут использованы для оценки состояния воздушной среды в микрорайоне школы и разработки мер по улучшению качества воздуха.

Основная часть

Глава 1.Загрязнение окружающей среды автотранспортом

1.1.Влияние загрязнителей выхлопных газов на окружающую среду

Автомобиль выделяет отработанные газы в атмосферу, при этом загрязняются почва и вода при утечке топлива, масла, при скоплении негодных частиц, которые значительное влияние оказывают на природу. Повышение диоксида углерода способствует «парниковому эффекту», который ведет к перегреву поверхности земли, оксид углерода – ядовитый газ, который образуется, когда не полностью сгорает топливо. Самую большую опасность представляют оксиды азота, они примерно в 10 раз опаснее угарного газа и оказывают отрицательное воздействие и на растительность, участвуют в образовании смога [5].

Когда топливо сгорает не полностью, тообразуютсяуглеводороды, которые являются одной из причин появления белого или голубого дыма. Под действием ультрафиолетового излучения солнца углеводороды реагируют с оксидами азота, что в свою очередь ведет к образованию фотооксидантов – основы "смога", которые ухудшают условия видимости.

К числу загрязнителей следует отнести сажу, котораяобразуется, если топливо не полностью сгорает и термически разлагается. Сажа наносит вред тем, что ухудшает видимость на дорогах. Оседая на зеленой части растений, сажа ухудшают условия их дыхания, замедляет рост и развитие растений.

Также большой вред наносит автомобильный транспорт окружающей среде тем, что используется этилированный бензин (топлива с добавлением тетраэтилсвинца), который образует около 50% выбросов свинца в виде очень мелких частиц. Соединения свинца участвуют в образовании смога. [5].

Таким образом, загрязнители выхлопных газов при автотранспортной нагрузке отрицательно действуют на природу. Автомобиль забирает у всего живого необходимый для жизни кислород и «обогащает» воздух токсичными веществами.

1.2.Нормативы загрязнения атмосферного воздуха

Превышение максимально недействующих доз (МНД), к которым человечес­кий организм приспособился в ходе естественной эволюции, приводит к срыву защитных механизмов и развитию патологии[6].

Особенностью нормирования качества атмосферного воздуха является зависимость воздействия загрязняющих веществ, присутствующих в воздухе, на здоровье населения не только от значения их концентраций, но и от продолжительности временного интервала, в течение которого человек дышит данным воздухом.

Поэтому в Российской Федерации, как и во всем мире, для загрязняющих веществ, как правило, установлены 2 норматива:

• норматив, рассчитанный на короткий период воздействия загрязняющих веществ. Данный норматив называется «предельно допустимые максимально–разовые концентрации»;

• норматив, рассчитанный на более продолжительный период воздействия (8 часов, сутки, по некоторым веществам год). В Российской Федерации данный норматив устанавливается для 24 часов и называется «предельно допустимые среднесуточные концентрации».

ПДК - предельная допустимая концентрация загрязняющего вещества в атмосферном воздухе – концентрация, не оказывающая в течение всей жизни прямого или косвенного неблагоприятного действия на настоящее или будущее поколение, не снижающая работоспособности человека, не ухудшающая его самочувствия и санитарно-бытовых условий жизни. Величины ПДК приведены в мг/м3. (ГН 2.1.6.695-98)

ПДК_МР – предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м³.

Эта концентрация при вдыхании в течение 20-30 мин не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДК_СС – предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м³. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) вдыхании [6].

1.3.Методы определения чистоты воздуха

Загрязнение атмосферного воздуха можно определить разными методами. Для этого широко используются физико-химические и биоиндикационные методы. При определении загрязнения атмосферного воздуха автотранспортными средствами можно использовать методику Федорос Е.И., Нечаевой Г.А «Определение количества загрязнителей, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта» [3].

Чистоту атмосферного воздуха можно определить биоиндикационными методами и при этом использовать метод Алексеева «Определение чистоты воздуха пассивным методом лихеноиндикации» [4].

Лишайники отвечают многим требованиям. Они широко распространены и могут служить объектом монито­ринга на всех уровнях: локальном (в конкретной местности), региональном (в обширном регионе) и глобальном (на всем земном шаре).

Использование лишайников в качестве биоиндикаторов основывается на их высокой чувствительности к загрязнениям, что объясняется строением лишайников. Кроме того, лишайники, в отличие от высших растений, не способны избавляться от пораженных загрязнениями частей своего слоевища и обладают способностью расти не только летом, но и при отрицательных температурах воздуха. Поэтому лишайники реагируют на загрязнения атмосферы раньше и сильнее, чем высшие растения.

Чаще всего в качестве индикатора используются эпифитные лишайники, так как они обладают наибольшей чувствительностью к загрязнениям [4].

Для проведения исследований по определению чистоты атмосферного воздуха был использован и метод Алексеева «Определение чистоты воздуха пассивным методом лихеноиндикации» [4].

Глава 2. Определение объемов загрязнителей выхлопных газов

автотранспорта и степени чистоты воздуха в 2025 - 2026 гг.

Исследования проводились на одном и том же участке и по одним и тем же методикам авторов Федорос Е.И., Нечаевой Г.А «Определение количества загрязнителей, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта» и метода Алексеева «Определение чистоты воздуха пассивным методом лихеноиндикации»,

Для расчета вредных выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух автотранспортом за 1 час, мы использовали данные, утвержденные приказом Госкомэкологии России №66 от 16 февраля 1999 года.

Цель: рассчитать количество выбросов вредных веществ от автотранспорта расчетным методом с учетом числа единиц транспорта, проезжающих по выделенному участку, норм расхода топлива и определить степень чистоты атмосферного воздуха в микрорайоне школы методом лихеноиндикации.

2.1. Анализ определения объемов загрязнителей выхлопных газов

в 2025 году

Исследованя в 2026 году начинались с анализа полученных результатов объемов загрязнителей выхлопных газовв 2025 году.

Все полученные результаты объемов загрязнителей выхлопных газов в 2025 году мы внесли в табл. 1.

Таблица 1. Результаты исследований, токсичность и ПДК в 2025 году

Сравнительный анализ объемов загрязняющих веществ показал, что полученные результаты превышали среднесуточные нормы ПДК:

• оксида азота на 0,015 мг/м³;

• углеводороды на 0,025 мг/м³;

• сажа на 0,017 мг/м³.

Максимально разовые результаты обемов загрязняющих веществ по всем показателям имели допустимые значения ПДК.

На основании сравнительного анализа всех полученных результатов с нормами ПДК в 2025 году был сделан вывод, что среднесуточные объемы загрязнителей выхлопных газов, превышали допустимые значения ПДК, что вероятнно связано с увеличением допустимого потока транспорта 200 авт./ч более, чем в 2 раза.

2.2.Анализ определения степени чистоты атмосферного воздуха

методом лихеноиндикации в 2025 году

При определении степени чистоты атмосферного воздухаиспользовался метод Алексеева «Определение чистоты воздуха пассивным методом лихеноиндикации»,

Анализ полученных результатов показал на опытном участке №1(с антропогенной нагрузкой) и контрольном участке №2 – 4 зону, что соответствует относительно чистому воздуху с небольшой вариацией.

На основании анализа полученных результатов был сделан вывод, что в микрорайоне школы относительно чистый воздух,

Анализ и вывод позволили оценить экологическое состояние воздуха в микрорайоне школы – удовлетворительно.

2.3.Определение объемов загрязнителей выхлопных газов в 2026 году

Приступая к исследованиям в 2026 году, была поставлена аналогичная цель: рассчитать количество выбросов вредных веществ от автотранспорта расчетным методом с учетом числа единиц транспорта, проезжающих по выделенному участку и норм расхода топлива и определить степень чистоты атмосферного воздуха методом лихеноиндикации.

2.3.1.Выбор участка и подсчет всех транспортных средств за 1 час

Исследования начинались с определения участка автотрассы рядом со школой. Для наблюдения был выбран тот же участок центральной улицы, расположенный рядом со школой, приблизительно в 100 метрах.

Выбранный участок был длиной в 1 км и имеющий хороший обзор.

Наблюдения проводилось в разное время суток: утром (08.15), днем (13.30) и вечером (18.00) в одно, и тоже время в течение недели.

Кроме того учитывались метеоусловия, направление и сила ветра и велись записи в дневнике наблюдений.

2.3.2.Определение объемов израсходованного топлива

Для дальнейшей работы были взяты средние значения количества машин за 20 мин, которое составило 157 машин.Далее полученное число автомобилей было умножено на три и вычислено N – число единиц автотранспорта, проходящих по участку за 1 час, которое составило – 628 единиц.

Затем был рассчитан общий путь (L), пройденный автомобилями за 1 час, при этом, умножив N на длину участка, было получено число – 628 км.

Далее был рассчитан объем топлива (Q, л) сжигаемого за 1 час легковыми автомобилями (средний показатель) по формуле: Q=L х Y, где Y – удельный расход топлива на 1 км, руководствуясь табл. 1.

Таблица 1. Показатели работы автотранспорта.Нормы расхода топлива

Объем израсходованного топлива за 1 час работы округлялся до целых чисел, и его количество составило – 82 л.

2.3.3.Определение общих объемов загрязнителей при сгорании топлива

у всех автомобилей

Далее были определены общие объемы загрязнителей.

Среди них были рассчитаны общие объемы (V) выделившихся в атмосферу загрязнений (угарный газ, углеводороды, диоксид азота в л) при сгорании топлива у всех автомобилей по формуле: V = K х Q,где, К – эмпирический коэффициент, определяющий зависимость величин выброса вредных веществ от вида горючего, руководствуясь табл. 2.

Таблица 2. Показатели работы автотранспорта.Коэффициент выброса загрязняющих веществ в атмосферу

Результаты округлялись до целых чисел и делались записи:

• V_СО2= 82 х 0,6 = 49,2л ≈49 л;

• V_С6H6 = 82 х 0,1 = 8,2 л ≈8 л;

• V_NO2 = 82 х 0,4 = 32,8 л ≈ 33 л

2.3.4. Определение массы каждого из вредных веществ

Далее была рассчитана масса каждого из выделившишся загрязнителей выхлопных газов m_CO2, m_С6H6, m_NO2, котораярассчитываласьпо формуле: m = V х M : 22,4, где M – молекулярная масса каждого из оцениваемых загрязнителей. Затем были рассчитали массы каждого из вредных веществ и сделаны следующие записи полученных результатов:

m_CO2= 49 х (12 +2х16): 22,4 = 96 г/м = 0,096 мг/м³;

m_С6H6= 8 х (6х12+6х1): 22,4 = 27 г/м = 0,027 мг/м³;

m_NO2 = 33 х (14+ 16х2): 22,4 = 65 г/м = 0,065 мг/м³.

Полученные результаты веществ представлены в табл.3.

Таблица 3. Объм и масса вредных веществ, выделяемых в атмосферу за 1 час при антропогенной нагрузке

2.3.5. Определение количества сажи при сгорании израсходованного

топлива за 1 час общим количеством машин

При сгорании 100 литров бензина также выделяется 0,1 кг сажи. Исходя из результата общих затрат топлива, можно определить сколько выделится сажи при сгорании израсходованного топлива за 1 час общим количеством машин по формуле: Y х 0,1 : 100.

По результатам математических рассчетов были сделаны записи: 82 х 0,1: 100 = 0,082 кг = 82 г = 0,082 мг/м³ (сажи).

2.3.6. Анализ полученных результатов определения объемов

загрязняющих веществ в 2026 году

Все полученные результаты были внесены в табл. 4.

Таблица 4. Результаты исследований, токсичность и ПДК

Сравнительный анализ объемов загрязняющих веществ выхлопных газов показал результаты, которые превышали среднесуточные нормы ПДК: оксид азота – на 0,025 мг/м³; сажи – на 0,032 мг/м³, а максимально разовые результаты имели допустимые значения ПДК.

На основани сравнительного анализа объемов загрязняющих веществ выхлопными газами был сделан вывод о том, что объемы загрязнителей, превышают суточные нормы ПДК, так как допустимый поток транспорта 200 авт./ч был увеличен более, чем в 3 раза.

Сравнительный анализ за 2 года определения объемов загрязнителей выхлопных газов при работе автотранспорта в 2026 году по сравнению с 2025 годом показал:

• увеличение потока автомобилей приблизительно на 100 авт./ч.;

• Объемов веществ загрязнителей при выбросе выхлопных газов автотранспорта: оксина азота – на 0,010мг/м³, углеводородов– на 0,002 мг/м³, сажи на – 0,015 мг/м³.

На основании анализа был сделан вывод, что с увеличением потока автомобилей увеличились и обемы загрязнителей выхлопными газами.

2.4.Определение чистоты воздуха методом лихеноиндикации

Определение чистоты воздуха проводилось также в микрорайоне школы в зимний период и на тех же участках, которые были выбраны в 2025 году. Для проведения исследований был использован тот же метод Алексеева «Определение чистоты воздуха пассивным методом лихеноиндикации», основанный на наблюдениях и подсчете числа видов лишайников на стволах деревьев на высоте их заселения и плотности колоний [6].

При проведении исследований соблюдались все необходимые правила, подход, техника проведения исследований, наглядный способ «палетки» для измерения численности лишайников на деревьях, в частности их проективного покрытия и процедура подсчета полученных измерений.

Цель: оценить экологическое состояние воздуха при определении степень его чистоты с помощью лишайников как биоиндикаторов.

Оборудование: палетка из прозрачной пленки размером 10х10 см, лупа, каталог определитель лишайников.

Работа проводились в несколько этапов.

2.4.1.Выбор площадок, определение участков

Началом проведения исследований стал выбор 2-х площадок, на которых были выделены два квадрата, где были определены два участка. Одним из них стал опытный участок № 1 – аллея лип с восточной стороны школы с антропогенной нагрузкой и контрольный участок №2 – аллея лип в городском парке.

Для исследований был выбран вид дерева – липа мелколистная (Tília cordata).

Для оценки загрязнения воздуха, было выбрано по 10 модельных деревьев примерно одного возраста на участках №1 и №2. Далее на каждом дереве были выделены четыре пробные площадки с разных сторон света на высоте 1, 5 м с помощью рулетки и палетки, размером 10 х 10 см.

2.4.2. Определение площади проективного покрытия лишайников

на стволах деревьев

Площадь проективного покрытия лишайников на стволах деревьев измерялась способом «палетки» (10 х 10 см с ячейками 1 х 1см =100) на каждом из выбранных участков и затем подсчитывалось количество квадратов проективного покрытия лишайниками к площади, свободной от лишайников на каждом дереве с четырех сторон света.

Для дальнейших расчетов были взяты средние значения степени проективного покрытия стволов деревьев лишайниками, которые представлены в табл.4 и 5.

Таблица 4. Степень покрытия лишайниками на участке №1

Таблица 5. Степень покрытия лишайниками на участке №2

Используя формулу: R= (100 a+50 b) /C, где С – общее число квадратов палетки, была определена степень покрытия лишайниками стволов деревьев в % и полученные результаты были округлены до целых чисел.

Затем, путем математических подсчетов, определялось среднее значение степени проективного покрытия лишайников для каждого участка.

Анализ полученных результатов показал, что на участке №1 проективное покрытие лишайниками стволов деревьев меньше, чем на контрольном участке №2 и составило 63% и 71% соответственно.

На основании анализа был сделан вывод, что на исследуемом участке площадь лишайников меньше, чем на контрольном участке, а значит и степень чистоты воздуха – ниже, чем на контрольном участке.

2.4.3.Определение количества видов и общее количество

доминантных видов лишайников

Продолжением работы стало определение количества видов лишайников на выделенных площадках опытного и контрольного участков и определено общее количество доминантных видов.

Определение количества видов лишайников происходило в естественных условиях. Для этого была использована лупа.

Определение видов лишайников происходило в лабораторных условиях. Для этого были взяты образцы лишайников с деревьев и определялись по каталогу лишайников.

Анализ полученных результатов показал, что на обоих участках количество видов лишайников – одинаковое и равно трем, среди которых было определено – 2 доминантных вида на каждом участке.

Анализ позволил сделать вывод, что на исследуемом и контрольном участках – одинаковое количество видов и доминантных лишайников.

2.4.4.Определение степени чистоты атмосферного воздуха

На следующем этапе нашей работы, была определена степень загрязнения атмосферного воздуха на каждом участке, руководствуясь табл.6 .

Таблица 6. Шкала качества воздуха по проективному покрытию

лишайниками стволов деревьев

Анализ полученных результатов степени загрязнения атмосферного воздуха показал следующие результаты: на участках №1 и №2 была – 4 зона, что соответствует относительно чистому воздуху с небольшой вариацией.

Используя анализ полученных результатов, был сделан вывод, что в микрорайоне школы относительно чистый воздух,

Сделанный вывод позволил дать удовлетворительную оценку экологического состояния воздуха, что подтверждает гипотезу.

Сравнительный анализ за 2 года показал, что:

• в 2026 году был увеличен поток транспорта приблизительно на 100 авт./ч по сравнению с 2025 годом и соответственно произошло увеличение объемов загрязнителей с выхлопными газами;

• при определении степени чистоты воздуха в 2026 году результаты были незначительно снижены, но находились в одной и той же зоне относительно чистого воздуха.

На основании сравнительного анализа был сделан вывод, что в микрорайоне школы есть риски ухудшения экологического состояния воздуха при увеличении автотранспортной нагрузки.

Анализ и вывод проделанной работы за 2 года позволил оценить экологическое состояние воздушной среды в микрорайоне школы, выявить риски его ухудшения и разработать меры по улучшению качества воздуха, что привело к достижению поставленной цели.

2.5.Предложения по улучшению экологического состояния воздуха

1.Использовать фильтры для двигателей и менее токсичное топливо.

2.Осуществить дополнительную посадку деревьев, создать защитные зеленые полосы от выбросов загрязнителей при работе автотранспорта.

3.При посадке деревьев использовать породы деревьев, обладающие наибольшей устойчивостью к выхлопным газам автомобиля.

Перспективы на будущее: осуществить мониторинг по определению экологического состояния воздуха при автотранспортной нагрузке.

Заключение

В ходе всей проделанной работы, мы пришли к следующим выводам:

1. По данному вопросу изучена и проанализирована литература, освоены методики для проведения исследований.

2. Проведена исследовательская работа по определению выброса объемов веществ загрязнителей при работе автотранспорта в микрорайоне школы.

3. Определена средняя степень чистоты воздуха в микрорайоне школы и дана удовлетворительная оценка его экологического состояния, что подтвердило высказанную нами гипотезу.

4. Проведен сравнительный анализ за 2 года, выявлены риски ухудшения экологического состояния воздуха, внесены предложения по его улучшению и определены перспективы на будущее, что привело к достижению поставленной цели.

В заключении хочется отметить, что значительная часть загрязнений атмосферного воздуха связана с автотранспортом. Наша школа находится рядом с автотрассой, поэтому есть риски его загрязнения. Их степень будет возрастать с ростом числа автомобилей, что можно отметить в тенденции их роста в настоящее время.

Список литературы

1.Ашихмина Т.Я Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие – М.: АГАР, 2000 (1999. – 468 С).

2.Новиков В.С. Популярный атлас определитель. Дикорастущие растения / Новиков В.С. Губанов И.А. – 5-е изд., стериотип. – М.: Дрофа, 2008. – 415, [1] с.: ил.

3.Федорос Е.И., Нечаева Г.А. Экология в экспериментах: учебное пособие для учащихся 10-11 классов общеобразовательных учреждений. – М.: Вентана-Граф, 2006. – 384 с. – (Библиотека элективных курсов).

4.Боголюбов А.С., Кравченко М.В. Методическое пособие «Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации» «Экосистема», [Электронный ресурс] https://karpolya.ru/uploads/fajly/10lihen.pdf?ysclid=lrt1eu2gut106181953

5.Статья. «Влияние загрязнителей выхлопных газов на окружающую среду». Авторы: Сердюкова Александра Федоровна, Барабанщиков Дмитрий Александрович[Электронный ресурс]https://moluch.ru/archive/211/51590

6.Статья «Нормы загрязнения атмосферного воздуха – Российский Центр Экологии» [Электронный ресурс] https://rusecocentre.ru/normy-zagryazneniya-atmosfernogo-vozduha/