III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

СНЕЖНЫЙ ПОКРОВ КАК ИНДИКАТОР ЗАГРЯЗНЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТОМ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА С. ГОЛОВЧИНО БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Першин Б.В. 1

---

1МБОУ «Головчинская СОШ с УИОП»

Мотайло М.В. 1

---

1МБОУ «Головчинская СОШ с УИОП»

Работа в формате PDF

535.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

«Нельзя допустить, чтобы люди направляли на свое

собственное уничтожение те силы природы,

которые они сумели открыть и покорить»

(Ф. Жолио - Кюри, физик, лауреат

Нобелевской премии.)

Атмосферный воздух - это жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий естественную смесь газов атмосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды – пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определённую чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем различными способами – от прямой и немедленной угрозы до медленного и постоянного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Вот почему охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды.

По официальным данным в 2014 году стационарными источниками Белгородской области в атмосферу было выброшено 127,41 тыс. тонн загрязняющих веществ. Наиболее распространенными загрязняющими веществами являются: взвешенные вещества (пыль, сажа, зола и т.п.), оксиды азоты, углерода, серы, а также углеводороды.

В то же время в последние годы в формировании качества воздушной среды возрастает роль автомобильного транспорта. Выбросы автотранспорта являются приоритетным источником загрязнения атмосферы –более 55% от всех выбросов .

В 2000 году масса загрязняющих веществ, выбрасываемых автомобильным транспортом Белгородской области, составила 83,3 тыс. тонн, в 2005 –102,0 тыс. тонн, в 2014 году этот показатель равен уже 155,9 тыс. тонн [2].

Очевидно, что контролю за состоянием атмосферного воздуха должно уделяться очень большое внимание со стороны государственных служб, а так же общественных экологических организаций. Проведенный соцопрос населения показал, что опрошенные проблему загрязнения атмосферного воздуха связывают именно с выхлопными газами автотранспорта, несмотря на небольшую автотранспортную нагрузку нашего села по сравнению с крупными городами области Белгород, Губкин, Старый Оскол.

Я считаю, что выявленная проблема является актуальной и для нашей местности, так как через с. Головчино проходит оживленная трасса федерального значения Белгород-Ахтырка, транспортная нагрузка на которую очень велика даже в зимний период года. Следовательно, она является одним из факторов, определяющих качество атмосферного воздуха в нашем селе.

Это определило тему моей исследовательской работы «Снежный покров как индикатор состояния атмосферного воздуха с. Головчино Грайворонского района»

Цель исследования: оценить качество атмосферного воздуха по показателям органолептическим и химически показателям снежного покрова

Задачи:

1.Изучить литературные источники по данной проблеме

2. Провести социологический опрос населения с целью информированности о проблеме загрязнения атмосферного воздуха

3. Оценить транспортную загруженность автомагистралей с.Головчино на различных участках.

4.Определить влияние выбрасываемых загрязняющих веществ в атмосферный воздух посредством исследования снежного покрова на некоторых улицах с. Головчино.

5. Предложить пути решения данной проблемы.

Объектом исследования является снеговой покров как показатель влияния выхлопных газов автомобилей на состояние атмосферы с. Головчино

Предметом исследования - качество атмосферного воздуха на территории с. Головчино.

Гипотеза проекта: если выхлопные газы автомобиля влияют на состояние атмосферного воздуха с. Головчино, то можно ли использовать снеговой покров как индикатор чистоты атмосферы села.

Исследовательская работа проводилась в декабре 2016-январе 2017 года.

Методы исследования:

• Теоретический: сбор и анализ информационных источников, сравнение.

• Эмпирический: мониторинг – лабораторные наблюдения.

• Математический: вычисления.

• Экспериментальный: постановка опыта.

Данная работа носит практико-ориентированный характер, так как позволяет оценить степень загрязненности атмосферного воздуха автомобильным транспортом посредством исследования чистоты снежного покрова.

Глава 1. Влияние загрязняющих веществ на состояние

воздушной оболочки Земли.

Мы столь радикально изменили нашу среду,

что теперь для того, чтобы существовать

в этой среде, мы должны изменить себя.

Н Винер.

1.1.Роль атмосферы в жизни планеты.

Роль атмосферы в природных процессах огромна. Наличие атмосферы вокруг земного шара определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космического и ультрафиоле­тового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования. Чистый воздух необходим для жизни человека, растений и животных. Атмосферные загрязнения оказывают сильное отрицательное влияние на живые организмы, что приводит к сокра­щению численности, видового разнообразия животных и растений, заболеваемости человека.

Основные составные части атмосферного воздуха подразделяют на три группы: постоянные, переменные и случайные.

К первой группе относятся кислород (21 % по объему), азот (около 78%) и благородные газы (около 1 %). Ко второй группе относятся диоксид углерода (0,02­ - 0,04%) и водяной пар. К третьей группе относятся слу­чайные компоненты, определенные местными услови­ями [1]

1.2 Основные загрязнители и загрязняющие вещества атмосферы.

Источников антропогенного характера, вызываю­щих загрязнение атмосферы, а также серьезные нарушения экологического равновесия в биосфере ­множество. Однако самыми значительными из них являются два: транспорт и индустрия.

Автомобили на сегодняшний день в России - главная причина загрязнения воздуха. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. В России автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах - каждый пятый. Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см. от поверхности земли. Автомобили выбрасывают в атмосферу такие загрязняющие вещества как диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. При этом, автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги [4]

При работе двигателей на этилированном бензине в выхлопных газах содержатся оксиды азота, соедине­ния свинца (количество свинца в воздухе находится в прямой зависимости от интенсивности движения и может достигать 4-12 мг/м^З). При работе на серосо­держащем топливе в выхлопах появляется диоксид серы. Тысяча автомобилей с карбюраторным двигателем в день выбрасывает около 3 т угарного газа, 100 кг оксидов азота, 500 кг продуктов неполного сгорания бензина.

Токсичность загрязняющих веществ представлена в таблице №1:

Таблица№1

Токсичность вредных веществ

Углекислый газ, угарный газ, оксиды серы, оксиды азота являются «парниковыми» газами, то есть вызывают парниковый эффект, выражающийся в повышении температуры у поверхности Земли. Его механизм заключается в образовании особого слоя в атмосфере, который отражает тепловые лучи, идущие от Земли, не давая им уходить в космическое пространство. Это может привести к таянию льда в полярных областях и, как следствие, к повышению уровня Мирового океана. Но надо сказать, что тепловой эффект почти компенсируется ледниковым эффектом. Последний вызывается слоем пылевых частиц, которые отражают тепловые лучи, идущие от Солнца, обратно в космос[6].

В год образуется 2,5-10 тонн угарного газа, 7 млн. тонн углекислого газа. Угарный газ является токсичным, образует с гемоглобином крови прочное соединение - карбоксигемоглобин, что препятствует поступлению достаточного количества О₂ в мозг и, как следствие, увеличивает число психических заболеваний. SO₂, NO являются мутагенами, тератогенами, образуют с туманом или дождем смог и кислотные дожди. Окиси серы с водой образуют серную кислоту, а оксид азота образует азотную и азотистую кислоты.

У человека данные вещества вызывают поражения кожи, рахит, отёк легких. У животных также наблюдаются нарушения жизнедеятельности, и даже гибель. У растений в первую очередь поражаются листья, а в дальнейшем гибнет все растение. Так, в Скандинавии наблюдается массовая гибель лесов по этой причине. Также эти дожди вызывают коррозию металлов и разрушение зданий. Кроме того, оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя- защитного экрана нашей планеты.

3. Снеговой покров как биоиндикатор чистоты атмосферного воздуха

Снег – это твердые атмосферные осадки, состоящие из ледяных кристаллов разной формы — снежинок, в основном шестиугольных пластинок и шестилучевых звездочек; выпадает из облаков при температуре воздуха ниже 0°С.

Снег — один из наиболее информативных и удобных индикаторов загрязнения природной среды. У снега есть свойство адсорбировать из атмосферы вредные вещества. Таким образом, в снег могут попасть самые различные виды отходов. Вывоз снега необходимо осуществлять до того, как начинается процесс таяния. Если этого не сделать, то загрязнения поступят в водоёмы во время таяния снега, и начнется процесс загрязнения. Снежный покров может содержать в себе гораздо больше вредных веществ, чем атмосфера. Таким образом, упавший на землю снег уже не является чистым, хотя на первый взгляд он выглядит абсолютно белоснежным. Наибольшую долю загрязнения получает снег, выпадающий в промышленных районах, рядом с трассами, железными дорогами и т. д.Исследование снежного покрова позволит выявить загрязнение местности за зимний сезон и позволит оценить степень безопасности атмосферного воздуха нашего села для проживания людей, произрастания растений, жизнедеятельности животных.

Для проведения практической части были взяты пробы снега для химического и органолептического анализа в различных местах села. Собранный снег растаял, и талая вода была использована для анализа.

Глава 2 Практическая часть работы по определению качества атмосферного воздуха

2.1 Проведение социологического опроса

В ходе практической работы был проведен социологический опрос среди владельцев автомобилей. Цель опроса: выяснить мнение владельцев автомобилей о влиянии автомобильного транспорта на окружающую среду. В результате проведения анкетирования с владельцами автомобилей было опрошено 28 человек. Результаты анкетирования представлены на диаграммах:

1. Какие показатели стали для Вас основными при покупке автомобиля?

1. Используете ли Вы общественный транспорт? «Гоняете» ли вы двигатель в холостом режиме?

1. Водите ли Вы машину с умеренной скоростью? Проводите ли Вы регулярно профилактику, держите в исправности воздушные и масляные фильтры автомобиля?

1. Знаете ли Вы, что автомобильный транспорт является основным источником загрязнения воздуха?

1. Приходилось ли вам испытывать недомогание из-за загазованности воздуха в селе (головная боль, резь в глазах, кашель и т.п.)

Вывод: В результате обработки данных можно сделать вывод о том, что 78% водителей реально оценивают проблему влияния автомобильного транспорта на окружающую среду нашего села; но есть владельцы автомашин для которых данная проблема не первостепенна или они над ней не задумываются.

2.2 Методика определения степени загруженности автотранспортом магистралей с. Головчино

Для определения степени загруженности магистралей с. Головчино 6 улиц с. Головчино, где в качестве контроля была выбрана самая удаленная от автострады улица-улица Парковая, остальные 5 улиц (Октябрьская, К.Маркса, Красноармейская, Центральная, Депутатская) обладают различной степенью автотранспортной нагрузки.

1. Определили количество единиц автотранспорта, проходящего по участку за 1 час, и результаты занесли в таблицу №1:

Таблица №1 Автотранспортная нагрузка на точки пробоотбора

Вывод: наибольшая транспортная нагрузка за 1 час была отмечена на улицах К.Маркса, которая является часть федеральной трассы «Белгород-Ахтырка», и Октябрьская, которая соединяет центр села с его северной частью,и является промежуточной между с. Головчино и с. Ивановская Лисица (105 и 37 автомобилей соответственно).

1. Затем рассчитали общий путь, пройденный выявленным количеством автомобилей каждого типа за 1час (L, км) по формуле: L_i= N_i^.I,

где N_i– количество автомобилей каждого типа за 1 час;

i – обозначение типа автотранспорта;

I – длина участка, км.

Результаты занесли в таблицу№2:

Таблица № 2

Общий пройденный путь автотранспортом

Далее рассчитывали количество топлива (Qj, л) разного вида, сжигаемого двигателями автомашин, по формуле 2:Qj = Lj*Yj (формула 2)

Затем определяли общее количество сожженного топлива каждого вида (SQ) на основании таблицы №3 и заносили результаты в таблицу №4

Таблица № 3 Средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении

Таблица №4 Расход топлива по видам транспорта

Вывод: наибольший расход топлива автотранспортом отмечен на ул. К.Марса, а наименьший на ул. Парковой, расположенной вдали от оживленных улиц села.Затем определили количество выбросов вредных веществ от автотранспорта в зависимости от видов горючего на основе данных таблицы.

Таблица №5

Коэффициент (К) численно равен количеству вредных выбросов, соответствующего компонента в литрах при сгорании в двигателе автомашины количества топлива (также в литрах), необходимого для проезда 1 км (то есть равного удельному расходу). Полученные расчетные данные занесли в таблицу №6

Таблица №6. Объем выбросов вредных веществ автомобилей

Затем рассчитали массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле: m = V ^. M : 22,4;

m –масса выделившихся вредных веществ

V – количество вредных веществ, л

М – молярная масса

М(СО)= 28 г/моль, М (С₅Н ₁₂ ) = 72 г/моль, М(NO₂ ) = 46 г/моль

Рассчитали количество чистого воздуха, необходимого для разбавления выделившихся вредных веществ с целью обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды (для этого делим массу на значение ПДК).

Vвозд = mв / ПДКв

Полученные данные занесли в таблицу №7:

Вывод: Результаты, полученные в ходе обработки данных, свидетельствуют о том, что количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу работающими автомобильными двигателями, велико, а особенно по выбросам угарного газа и углеводородам. Отмечается превышение предельно-допустимых концентраций по содержанию угарного газа и оксида азота (IV) .

Исследование состояния снежного покрова различных улиц села Головчино

1.Методика отбора проб снега

Отбор проб снега в данной работе не является основным, а используется лишь для сравнения органолептического и химического состава талой воды с другими источниками воды. Процедура отбора снега для анализов имеет свои особенности. Чтобы данные были достоверными, в одном месте отбирают три пробы. Все пробы складываются в чистый полиэтиленовый пакет.

2.Методика определения органолептических показателей талого снега (воды)

К органолептическим характеристикам относятся цветность, мутность (прозрачность), запах, вкус и привкус, пенистость. Цветность – естественное свойство воды, обусловленное присутствием гиминовых веществ и комплексных соединений железа.

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). 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.

Запах воды может быть связан с деятельностью водных организмов, как живых, так и отмирающих. Запах по характеру подразделяют на две группы, описывая его субъективно по своим ощущениям:

1) естественного происхождения (от живущих и отмерших организмов, от влияния почв, водной растительности и т.п.);

2) искусственного происхождения. Такие запахи обычно значительно

изменяются при обработке воды.

Для определения запаха в чистую широкогорлую колбу объемом 100 мл наливается исследуемая вода на 2/3 объема, прикрывается стеклышком, осторожно взбалтывается. Затем, сдвинув с колбы стеклышко, определяется запах воды. Интенсивность запаха воды (при 20°С не должна превышать двух баллов) определяется по пятибалльной системе.

Пенистостью считается способность воды сохранять искусственно созданную пену. Пенистость определяют, в основном, при анализе сточных вод и загрязнённых природных вод.

1. Химический анализ снежного покрова

3.1 Определение кислотности

Для определения реакции водной среды талого снега необходим универсальный индикатор, полоску которого нужно смочить в пробе и определить цвет со стандартной шкалой pH. Снег может иметь как кислую, так и щелочную реакцию, в зависимости от преобладания тех или иных загрязняющих веществ.

3.2 Определение ионов железа Fe3+

К 10 мл исследуемого талого снега прибавляют 1-2 капли соляной кислоты HCl, несколько капель пероксида водорода и 0,2 мл (4 капли) 50%-го раствора тиоцианата калия KSCN. Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Метод чувствителен, можно определить до 0,02 мг/л. Качественная реакция протекает по ионному уравнению: Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3.

3.3 Определение ионов свинца Pb2+ (качественное)

Иодид калия (KI) дает в растворе с ионами свинца характерный осадок йодида свинца PbI2. Исследования производятся следующим образом. К 5 мл испытуемого раствора прибавить немного KI, после чего, добавив уксусной кислоты CH3COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего, мало характерного желтого осадка PbI2.

3.4 Определение ионов хлора Cl- (качественное)

5 мл талого снега добавить 3 капли 10% раствора нитрата серебра AgNO3, подкисленного азотной кислотой HNO3. Образуется осадок или муть: Ag+ + Cl- = AgCl

• слабая муть – 1-10 мг/л,

• сильная муть – 10-50 мг/л,

• хлопья – 50-100 мг/л,

• белый творожистый осадок > 100 мг/л.

3.5 Определение сульфат ионов SO42- (качественное)

К 5 мл талого снега добавить 4 капли 10% раствора соляной кислоты HCl и 4 капли 5% раствора хлорида бария BaCl2. Образуется осадок или муть:

Ba2+ + SO4^2-- = BaSO4

• слабая муть – 1-10 мг/л,

• сильная муть – 10-50 мг/л,

• хлопья – 50-100 мг/л,

• белый творожистый осадок > 100 мг/л.

Проведенные результаты органолептического анализа представлены в таблице №8

Проведенные результаты химического анализа снега в виде талой воды представлены в таблице №9

Выводы по результатам выполненной работы

Полученные в ходе исследований результаты показали:

• Транспортная загруженность автомагистралей на исследуемых участках нашего села довольно высока, кроме улицы Парковой. Это объясняется увеличивающимся количеством личного автотранспорта, сезонными работами по уборке сахарной свеклы, а также важностью автотрассы федерального значения Белгород- Ахтырка.

• Выбрасываемое количество угарного газа и оксида азота(IV )превышает ПДК этих веществ в воздухе. Особенно это прослеживается воздухе на ул. К.Маркса и ул. Октябрьская.

• Таким образом, состояние атмосферного воздуха в нашем населённом пункте в общем можно оценить как относительно чистое на ул. Парковая, Депутатская, Красноармейская и Центральная и как тревожное на ул. Октябрьская и К.Маркса.

• Результаты проведенного органолептического анализа показывают, что превышение по количеству взвешенных частиц на образце снега, прозрачности талой воды наблюдается у пробы, взятой с улицы К. Маркса.

• Несмотря на кажущееся относительное благополучие, следует решать на муниципальном и региональном уровнях вопрос о чистоте воздушного бассейна населенных пунктов района.

Пути решения проблемы вижу в :

• применении для автомобилей горючего высокого уровня качества, замена двигателей внутреннего сгорания более современными (газотурбинными, роторными, солнечными), использование экологически чистого топлива;

• усилении контроля со стороны ГИБДД за своевременным прохождением техосмотра, со стороны организации Ростехнадзор проведения работы с целью учета выбросов угарного газа в атмосферу населенного пункта- с.Головчино

• в ведении разъяснительной работы с владельцами автотранспорта о состоянии их автомобилей, своевременного прохождения ТО.

• рекомендации администрации Грайворонского района ежегодно проводить «День без автомобиля» с целью сохранения чистоты атмосферного воздуха и защиты климата нашей планеты;

• в проведении экологических акций обучающихся с целью привлечения внимании як данной проблеме

Заключение

Загрязнение атмосферы является на сегодняшний день одной из основных экологических проблем, актуальной как для России в целом, так и для Белгородской области. Последнее десятилетие отмечалось резким увеличением производства промышленных предприятий, расположенных на территории Грайворонского района, а также числом автовладельцев, имеющих одну и или несколько автомашин в личном пользовании. Все эти факторы в сумме, к сожалению, привели к адекватному возрастанию объемов выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ. Снеговой покров накапливает в своём составе практически все вещества, поступающие в атмосферу и поэтому его можно рассматривать как своеобразный индикатор чистоты воздуха.

В наше время люди, принимающие ответственные технические решения, должны владеть основами естественных наук, быть экологически грамотными, осознавать свою ответственность за действия и понимать, какой вред они могут принести природе. Человек должен понять, что жизнь на Земле зависит от его отношения к природе, от гармонии между ними.

Литература

1. А.И. Воронцов, Н.Г. Николаевская «Вопросы экологии и охраны окружающей среды», Москва , 1986 год.

2. А.В.Дегтярь, О.И.Григорьева «Экология Белогорья в цифрах», издательство Константа», Белгород, 2016

2. http://www.ecomir.ru/3. Т.Я.Ашихмина «Школьный экологический мониторинг»,Москва, издательство «Агар», 2001 г.4.Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды. – М., 1979. – 198 с.

5.Энциклопедия «Всё обо всём. Машины» - М.: «Планета детства», «Издательство Астрель», АСТ 2002

6. Аксенов И.Я. Аксенов В. И. Транспорт и охрана окружающей среды. — М.: Транспорт, 1986.