VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Химический анализ воды пресных водоемов Челябинской области (на примере озера Тургояк)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Давыдов Д.С. 1

---

1МБОУ "Гимназия №26"

Фирсова Н.Б. 1

---

1МБОУ "Гимназия №26"

Работа в формате PDF

292.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Челябинскую область считают – озерным краем, ее украшают более трех тысяч озер общей площадью более двух тысяч квадратных километров.

Одно из них озеро Тургояк Озеро является памятником природы. Площадь поверхности озера 26,4 километра. Средняя глубина составляет 19,1 метра, максимальная — 32,5 метра. Оно расположено в котловине тектонического происхождения. Питание озера происходит за счет небольших речек, родников и почвенных вод. Тургояк окружен лесом, преимущественно хвойным. На берегах озера расположены базы отдыха, пансионаты и санатории. Каков же физический и химический состав воды озера? Везде ли он одинаков? Везде ли можно купаться и отдыхать? Эта проблема и определила цель нашего исследования.

Цель: исследование воды озера Тургояк по физическому и химическому составу.

Объект исследования: заборы воды в озере Тургояк.

Предмет исследования: физический и химический анализ воды озера Тургояк.

Гипотезой исследования явилось предположение о том, что физический и химический состав воды в озере везде одинаков.

Задачи:

Провести физический и химический анализ воды во всех частях озера Тургояк.

Объяснить причины наличия в воде тех или иных химических компонентов.

Выяснить причины превышения ПДК химических компонентов в воде.

Сравнить с химическим составом пресных вод Челябинской области.

Методы исследования: анализ литературных источников, физический и химический анализ воды и обработка полученных результатов.

Научная новизна и практическая значимость исследования заключается в получении данных физического и химического анализа воды во всех частях озера Тургояка, в систематизации интересной информации об озере Тургояк, которая может быть использована на классных часах и при изучении предметов естественнонаучного цикла.

Глава I. Общая характеристика озера Тургояк

(Физико-географические характеристики озера Тургояк)

Озеро Тургояк - одно из самых живописнейших озер Челябинской области. Это пресноводное озеро расположено недалеко от города Миасса. Оно является гидрологическим памятником природы (Постановление Правительства Челябинской области от 23.03.2007г. № 62-п). Вода в нем, настолько прозрачная, что дно просматривается даже на глубине 15 метров. Существует две популярные версии: по одной из них, озеро образовалось в результате тектонических смещений, по другой – на месте падения гигантского метеорита, которое произошло миллионы лет назад. Углубление, образовавшееся в горах, заполнили подземные ключи, горные ручьи и реки. Тургояк словно зажат в горах - с одной стороны Ильменским хребтом, с другой - Урал-Тау. Местоположение Тургояка выше относительно других озер области, что, вероятно, нашло отражение в его названии. Слово Тургояк происходит от «Тургай-Куль», что в переводе с башкирского означает «озеро на возвышенности» или «верхнее озеро».

С промежутком в несколько лет уровень воды в Тургояке меняется, колебания достигают перепада до 2,5 м. В последний раз максимальный подъем воды отмечали в 2007 году (до этого — в 1964), максимальный спад - в 1981. Природа колебаний уровня воды в озере пока неизвестна. Гидрографическая сеть бассейна Памятника природы представлена реками Липовка, Бобровка, Кулешовская, Пугачевка общей протяженностью 15,2 километра. Основную роль в питании озера играют грунтовые воды. Озеро Тургояк по площади небольшое, его поверхность не превышает 26,5 кв.м. У озера галечное дно, на пляжах присутствует кварцевый песок. Береговая полоса, которая тянется 40 км, радует глаз разнообразием – есть и поляны, и скалистые крутые берега, подступающий к воде сосновый лес.

В зависимости от уровня воды, на Тургояке можно насчитать до 10 островов. Самый известный остров Веры – место обнаружения мегалитов эпохи среднего палеолита.

По берегу проложены прогулочные тропы, следуя по ним можно выйти к обзорным площадкам. По озеру ходят на яхтах. На Тургояке расположены базы отдыха, пансионаты, детские лагеря, городской пляж. В последнее время в летний период по берегам озера наблюдается не только спонтанные палаточные стоянки отдыхающих, но и автомобильные кемпинги. Возникает вопрос, как это отразилось на качестве воды озера? Есть ли необходимость в ужесточении мер природоохранных организаций для сохранения памятника природы?

Глава II Исследование. Физический и химический анализ воды озера Тургояк

2.1. Определение физических свойств воды

Для исследования нами были взяты 6 точек забора воды на озере Тургояк: Форелевое хозяйство, Пугачевская поляна, Солнечный, Золотой пляж, Крутики, Городской пляж в период открытой воды (октябрь 2017) и закрытой воды (февраль 2018).

По физическим свойствам вода определялась по следующим параметрам: температура, цветность, мутность, вкус, запах. Характеристика физических свойств, нормативные показатели оценки интенсивности запаха и органолептические показатели питьевой воды даны в приложении 2. Полученные показатели приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Физические свойства воды период открытой воды (октябрь 2017)

Таблица 2

Физические свойства воды закрытой воды (февраль 2018)

Полученные данные по физическому анализу воды соответствуют ПДК, в связи с этим мы можем сделать вывод, что характеристика физико-органолептических свойств воды озера Тургояк соответствует норме.

2.2. Определение химического состава воды

Физический анализ качества исследуемой воды оказался в норме. Возможно, при исследовании химического анализа воды станет ясно, каковы особенности химического состава воды и есть ли отрицательное влияние антропогенной деятельности на качество воды. Анализ воды проводился в химической лаборатории Ильменского государственного заповедника. Забор проб воды осуществляли в шести разных точках Тургояка (Форелевое хозяйство, Пугачевская поляна, Солнечный, Золотой пляж, Крутики, Городской пляж) в полуторалитровые бутылки (по 2 с каждой точки). В течение двух часов вода была доставлена в лабораторию Ильменского государственного заповедника для исследования. Полученные результаты занесены в таблицу 3. Мы видим, что химический состав в исследуемых точках оказался не одинаков. При работе с литературой мы находим, что это может зависеть от нескольких факторов:

1) физико-географические (рельеф, климат и т. п.);

2) геологические (тип горных пород, гидрогеологические условия и т. п.);

3) биологические (деятельность живых организмов);

4) антропогенные (состав сточных вод, состав твердых отходов и т. п.).

До сегодняшнего дня, ученые, связанные с изучением пресноводных водоемов, спорят по поводу составляющих химических элементов в воде, особенно на территории Челябинской области. Очень сложно разделить наличие некоторых компонентов, они могут быть связаны как с естественными условиями (горными породами, слагающие береговую линию и дно водоема), так и с антропогенными факторами, выбросами промышленных заводов, отработанных автомобилями выхлопных газов и потоками воздушных масс над исследуемой территорией.

В формировании водной массы озера Тургояк атмосферное питание озера значительно превышает питание грунтовое. В этих условиях состав и соотношение микроэлементов в воде озера находится в зависимости от лито-геохимических (химического состава горных пород) особенностей пород на водосборе, откуда осуществляется медленное выщелачивание микроэлементов. Некоторое содержание микроэлементов можно объяснить природным происхождением в водах озер, а многие из них требуют дополнительного исследования и изучения. Рассмотрим исследуемые компоненты в соответствии с ПДК _ВНИРО (предельно допустимой концентрации нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного назначения).

Марганец. В гидрокарбонатных водах озер Урала содержание марганца колеблется в пределах 0,001-0,050 мг/дм³. Марганец двухвалентный широкодоступен для водных растений и микроорганизмов, ПДК_ВНИРО марганца составляет 0,001 мг/дм³, и обнаруживается в водах озера Тургояк в пределах от 0,0018 мг/дм³ до 0,0081 мг/дм³, что соответствует 8 ПДК_ВНИРО. В осенний сезон с хорошо прогретой водой, когда происходит растворение элемента из донных осадков, содержание микроэлемента значительно превышают ПДК_ВНИРО. Значительное количество поступает в процессе разложения остатков водных животных и растительных организмов.

Железо общее всегда присутствует в природных водах Южного Урала, т.к. оно повсеместно рассеяно в горных породах. ПДК_ВНИРО железа составляет 0,1 мг/дм³, и обнаруживается в водах озера Тургояк в пределах от 0,0074 мг/дм³ до 0,208 мг/дм³,что соответствует 0,8 ПДК_ВНИРО.

Кобальтобнаруживается в гидрокарбонатных уральских озерах крайне редко. Токсическое вещество третьего класса опасности, ПДК_ВНИРО 0,01 мг/дм³. В озере Тургояк кобальт обнаружен в пределах менее 0,005 мг/дм³, что соответствует0,5 ПДК_ВНИРО. Так как органического вещества в озере много, тогда кобальт представлен в основном в комплексных соединениях. Эти условия снижают токсичность кобальта.

Никель широко распространенный элемент в озерах Урала. Природное содержание в гидрокарбонатных водах колеблется от 0,001 до 0,16 мг/дм³, ПДК_ВНИРО никеля - 0,01 мг/дм³. Никель обнаруживается в водах озера в количестве менее 0,161 мг/дм³ (превышение ПДК_ВНИРО). Присутствие никеля в природных водах обусловлено составом горных пород и почв, находящихся на площади водосбора.

Медь.В гидрокарбонатных водах Урала содержание меди колеблется от 0,001 до 0,09 мг/дм³, ПДК_ВНИРО -0,001 мг/дм³. Концентрация растворенной меди в оз. Тургояк - от 0,0010 (1,0 ПДК_ВНИРО) до 0,172 мг/дм³ (172 ПДК_ВНИРО). Токсичность меди растет при сезонном повышении температуры воды. Столь значительное содержание меди в водах озера мы объясняем повышенным содержанием в горных породах. И, возможно, близким расположением Карабашского медеплавильного комбината. Воздействие вещества на акваторию озера происходит при атмосферном переносе.

Цинк. В природных водах уральских озер цинк встречается редко, ПДК_ВНИРО составляет 0,01 мг/дм³. Содержание в водах оз. Тургояк составляет от 0,0016 мг/дм³ (0,2 ПДК_ВНИРО) до 1.79 мг/дм³ (179 ПДК_ВНИРО). Цинк попадает в озерные воды в результате протекающих процессов разрушения и растворения горных пород и минералов, а также со сточными водами. Цинк относится к числу активных микроэлементов, влияющих на рост и нормальное развитие растительных организмов.Огромное количество вещества объясняется близким расположением Карабашского медеплавильного комбината. Воздействие вещества на акваторию озера происходит при атмосферном переносе.

Кадмий токсическое вещество второго класса опасности, ПДК _ВНИРО составляет 0,005 мг/дм³. Соединения кадмия ядовиты в любом состоянии, его токсичность в водах растет с сезонным увеличением температуры воды и с увеличением растворенного кислорода. Обнаруживается в водах оз. Тургояк в пределах от 0,000006 мг/дм³ (< 0,1 ПДК _ВНИРО), до 0,000210 мг/дм³ (0,1 ПДК _ВНИРО); поступление его в озеро происходит в результате разложения водных организмов, способных его накапливать.

Свинецв природных водах встречается практически повсеместно. В типичных гидрокарбонатных водах содержание его изменяется от следов до 0,05 мг/дм³. Соединения свинца ядовиты в любом состоянии, его токсичность в водах растет с сезонным увеличением температуры воды и с увеличением растворенного кислорода. Свинец, токсическое вещество первого класса опасности, ПДК _ВНИРО 0,006 мг/дм³. В водах оз. Тургояк обнаруживается в пределах от 0,0001 мг/дм³ (0,1 ПДК _ВНИРО) до 0,214 мг/дм³ (? ПДК _ВНИРО).

Стронций. В гидрокарбонатных водах озер Урала стронций имеет повсеместное распространение и встречается в количестве от 0,0001 до 1,56 мг/дм³, ПДК_ВНИРО -10,0 мг/дм³. Стронций обнаруживается в водах оз. Тургояк в пределах 0,17 - 0,31мг/дм³ (< 0,1 ПДК_ВНИРО).

2.3. ПДК тяжелых металлов в исследуемых точках

Таблица 3

Химический анализ воды

Рассмотрим превышение ПДК тяжелых металлов в исследуемых точках (таблица 3).

Форелевое хозяйство – ПДК тяжелых металлов соответствует норме.

Пугачевская поляна – ПДК тяжелых металлов ионов марганца, никеля, кобальта, свинца, титана, бария превышает норму.

Солнечный – ПДК тяжелых металлов ионов свинца превышает норму.

Золотой пляж– ПДК тяжелых металлов ионов никеля превышает норму.

Крутики– ПДК тяжелых металлов ионов цинка, никеля, свинца превышает норму.

Городской пляж– ПДК тяжелых металлов соответствует норме.

На территории Форелевого хозяйства и Городском пляже – ПДК тяжелых металлов пока соответствует норме, несмотря на то, что на береговой линии достаточно много транспортных средств. Расположение горных хребтов и преобладающие ветра не позволяют оседать тяжелым металлам антропогенного характера и насыщать водную акваторию. Горные породы, слагающие берега и дно незначительно насыщают воду различными микроэлементами.

На Пугачевской поляне ПДК тяжелых металлов ионов марганца, никеля, кобальта, свинца, превышает норму. Превышение никеля, свинца связано с автомобильными выхлопными газами, так как здесь находится большая автостоянка, практически со всех сторон закрытая лесом и лишь открыта от леса к озеру.

Превышение ионов марганца, кобальта, титана, объясняется повышенным содержанием этих компонентов в горных породах слагающих дно.

На пункте Солнечный ПДК тяжелых металлов ионов свинца превышает норму. Превышение свинца связано с автомобильными выхлопными газами, так как здесь находится автостоянка на половину закрытая лесом. Горные породы, слагающие берега и дно незначительно насыщают воду различными микроэлементами.

На Золотом пляже – ПДК тяжелых металлов ионов никеля превышает норму. Превышение никеля связано с автомобильными выхлопными газами, хотя свинец в норме, от транспортных средств идет загрязнение. Горные породы, слагающие берега и дно незначительно насыщают воду различными микроэлементами.

На пункте Крутики – ПДК тяжелых металлов ионов никеля, свинца превышает норму. Превышение никеля, свинца связано с автомобильными выхлопными газами, так как здесь есть автостоянка и недалеко проходит дорога. ПДК тяжелых металлов ионов цинка превышает норму, это объясняется потоками воздушных масс приносящих загрязнение с Карабашского медеплавильного завода.

Таким образом, анализ химического состава воды озера Тургояк в разных исследуемых точках, показал разные результаты. Это связано как с естественными загрязнителями – гранитными горными породами, так и антропогенными источниками.

Химический показатель воды еще раз показал и доказал, что превышение ПДК тяжелых металлов ионов никеля, свинца, бария превышает норму в связи с нерегулируемой антропогенной нагрузкой на береговую линию озера Тургояк: транспортными средствами.

Благодаря розе ветров, большая часть загрязняющих выбросов с предприятий Миасского городского округа не доходит до озера и не влияет на качество озерной воды, но вот ветры, дующие в северном и северо-западном направлении, приносят с Карабаша загрязняющие вещества в виде цинка и меди, цинк в данном исследовании превышает ПДК.

Заключение

В ходе своего исследования мы провели сезонный мониторинг качества воды озера Тургояк.

Результаты исследования по характеристике физико-органолептических свойств воды в течение всего года показали, что вода соответствует норме. Результаты химического анализа воды показали, что в разных исследуемых точках, показатели разные. Это связано как с естественными загрязнителями – гранитными горными породами, так и антропогенными источниками – выхлопными газами автомобилей.

Благодаря розе ветров, большая часть загрязняющих выбросов с предприятий Миасского городского округа не доходит до озера и не влияет на качество озерной воды, но вот ветры, дующие в северном и северо-западном направлении, приносят с Карабаша загрязняющие вещества в виде цинка и меди, цинк в данном исследовании превышает ПДК.

Выдвинутая нами гипотезао том, что физический и химический состав воды в озере везде одинаков, подтвердилась частично. Физический состав воды действительно во всех исследуемых точках оказался одинаков, а вот химический состав оказался разным, это зависит, как оказалось, от состава гонных пород, слагающих дно и берега, от направления ветров и самое главное от антропогенной деятельности.

Поэтому срочно требуются вмешательство природоохранных организаций и общественности для сохранения озера Тургояк как памятника Природы. Научная новизна нашего исследования заключается в том, что получен химический анализ воды озера, объяснены причины превышения ПДК тяжелых металлов. Практическая значимость исследования заключается в получении данных физического и химического анализа воды озера Тургояк, систематизированной информации об озере, которая может быть использована при изучении предметов естественнонаучного цикла. С результатами своей работы мы познакомили учащихся 5-9-х классов своей гимназии. Задачи исследования решены и цель достигнута. В дальнейшем свою работу продолжим, хотим присоединиться к природоохранным организациям по сохранению памятника природы – озера Тургояк.

Список литературы

Ахметов Н.С. Неорганическая химия учебное пособие для уч-ся 8-9 кл. основной школы [Текст] / Н.С. Ахметов. – Москва: Просвещение, 1992. – 163с.

Давыдов Данила. Реферат: «Сезонный мониторинг качества вод озера Тургояк по водородному показателю и растворенному кислороду». Всероссийский конкурс исследовательских работ учащихся «ШАГИ В НАУКУ», Обнинск 2017. – 24 с.

Дерпгольц В.Ф. Вода во вселенной. [Текст] / В.Ф. Дерпгольц. – Л.: Недра, 1971. – 267 с.

Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами [Текст]. 3-е изд., доп. и перераб. – СПб.: «Крисмас+», 2004. – 248 с.

Общая химия: учебник [Текст] / А. В. Жолнин ; под ред. В. А. Попкова, А. В. Жолнина. - 2012. - 400 с.

Сайт http://turgoyak.bos.ru/history.htm

Сайт http://www.anchem.ru/literature/books/muraviev/025.asp

Сайт http://www.water.ru/bz/param/h-index.shtml

Приложение

Характеристика физических свойств воды

Цветность (окраска).Для источников питьевого водоснабжения окраска не должна обнаруживаться в столбике 20 см. Для определения цветности воды исследуемую воду налили в стеклянный цилиндр и рассмотрели ее на фоне белого листа бумаги при дневном освещении сверху и сбоку.

Прозрачность.Для определения прозрачности воды использовали прозрачный мерный цилиндр с плоским дном, в который налили воду, а под него подкладывали стандартный шрифт. По нахождению максимальной высоты столбцы столбца, при которой можно прочитать шрифт, оценивали прозрачность. Если прозрачность воды меньше 31 см, то она непригодна для питья.

Запах.Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Запах воды питьевого назначения не должен превышать 2 баллов. Для определения запаха воды налили ее в колбу на 2/3 объема с притертой пробкой и сильно встряхнули в закрытом состоянии. Открыли быстро колбу и сразу отметили отсутствие какого-либо запаха.

Вкус. Вкус определяют по ощущениям при потреблении. Доброкачественная озерная вода должна быть приятной по вкусовым качествам, освежающей, что обуславливается оптимальным количеством растворённых в ней солей и газов. Неприятный вкус или привкус зависит от излишнего количества минеральных и органических веществ. Обычно различают горький, солёный и сладкий вкус воды, разные привкусы. Соли магния (более 1 г/л) придают горький вкус, хлористого натрия и калия (более 500 м/л) - солёный вкус. Соли закиси железа (0,9 мг/л) придают вяжущий вкус, гуминовые кислоты - болотный, продукты гниения - затхлый, гнилостный.

Оценка интенсивности запаха

Органолептические показатели питьевой воды