VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Проверка снежного покрова на кислотность (PH) территории школы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Верхогляд К.В. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя образовательная школа № 76 с углублённым изучением отдельных предметов

Новичкова А.О. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя образовательная школа № 76 с углублённым изучением отдельных предметов

Работа в формате PDF

329.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Интенсивная деятельность многих промышленных предприятий и транспорта оказывает значительную антропогенную нагрузку на объекты окружающей среды. Одним из наиболее серьезных источников загрязнения окружающей среды является транспортные выбросы. (около 70% от общего количества выбросов).

В условиях современного мегаполиса невозможно создать безопасное экологичное пространство для образовательного учреждения. Наша школа находится в самом центре города, но на территории школы у нас имеется много растений, клумб и даже небольшой сад. Растительность на территории школы значительно улучшают экологическую обстановку территории школы. Растения являются важным компонентом городской среды: они обогащают воздух кислородом, увлажняют и очищают его, способствуют снижению шума, влияют на микроклимат территории.

На разрушение жизненной сопротивляемости растений влияют масса факторов: загрязнение воды, воздуха, почвы, оказывает влияние на физиологическую функцию растений, их внешний облик, состояние, продолжительность жизни, генеративную сферу. Я являюсь участником школьного экологического общества, и мы наблюдаем за состоянием растений пришкольной территории. Несколько многолетних растений на пришкольной территории погибли, по непонятным причинам, и руководитель нашей экологической группы дала нам задание, провести мониторинг экологического состояния пришкольной территории. Мы изучили литературу, в которой описывается опыт экологических исследований в условиях городской среды. Изучили опыт мониторинга снежного покрова и влияние загрязнения на жизнедеятельность растений. Объектом исследования был выбран снежный покров, который накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. Следовательно, он обладает рядом свойств, делающих его удобным показателем 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.

Целью нашего исследования является определение уровня загрязнения снежного покрова на пришкольной территории. А предметом исследования является показатель уровня кислотности (рH).

Для реализации цели исследования, нами были поставлены следующие задачи:

1.Изучить материалы по экологическим исследованиям территории;

2. Спланировать эксперимент по выявлению уровня кислотности (pH) на пришкольной и близлежащей территории;

3. Провести исследование по замерам уровня кислотности и составить карту территории школы с показателями уровня (pH);

4. Разработать рекомендации по устранению загрязнения пришкольной и близлежащей территории.

Основная часть

Химическое загрязнение - многокомпонентно. На человека, проживающего в промышленном районе, может воздействовать до сотни тысяч различных химических веществ, что является причиной 30% общих заболеваний населения городских территорий.

В настоящее время исследования на предмет загрязнения выхлопными газами автомобилей и выбросами предприятий представлены достаточно обширно. На территории города Екатеринбурга и его окрестностях располагается множество предприятий. Часть предприятий не вынесена за пределы города, число единиц автотранспорта возрастает с каждым годом. Улицы нашего города переполнены автомобилями. Городской автотранспорт представляет собой один из основных источников загрязнения воздуха. В выхлопных выбросах автомобилей содержатся оксиды азота NO и NO₂, угарный газ, углекислый газ, углеводороды, сажа – продукты неполного сгорания топлива, сернистый газ SO₂, тяжелые металлы. Каждый автомобиль выделяет до 4 кг этих веществ за сутки. Оксиды серы и азота, попав в воздух, соединяются с парами воды и выпадают в виде кислотных осадков (кислотные дожди).

Водородный показатель(pH-фактор) - это мера активности ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность. Снег также способен накапливать ионы водорода, приобретая кислую среду. Однако, известно, что небольшой уровень кислотности является характерным (фоновым), поскольку во влажном воздухе присутствующий углекислый газ, соединяясь с парами воды, дает слабую угольную кислоту. Вымывая из атмосферы Н2S04 и НNО3, осадки становятся кислотными. Их рН зависит от количества как кислот, так и воды, в которой они растворены. В природных условиях вода не может сохранить чистый химический состав, постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, она фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного вещества.

Кислотные осадки обусловлены присутствием серной (Н2SО4) и азотной (НNОз) кислот. Обычно кислотность на две трети состоит из первой и на одну треть из второй, но во многом их соотношение определяется особенностями антропогенного загрязнения атмосферы в конкретном регионе. Присутствие в этих формулах серы и азота указывает на то, что проблема связана с выбросами данных элементов в воздух. Кислотными называются любые осадки - дожди, туманы, снег - кислотность которых выше нормальной. Сильные дожди обычно менее кислотные. У туманов уровень кислотности (рН) может упасть ниже всего, поскольку здесь кислоты растворены в относительно меньшем количестве влаги. К ним также относят выпадение из атмосферы сухих кислых частиц, более узко называемых кислотными отложениями. В настоящее время известно, что кислоты могут выпадать из атмосферы и без воды, сами по себе или с частицами пыли. Такие сухие кислотные отложения могут накапливаться на поверхности растений и при смачивании небольшим количеством влаги, например, при выпадении росы, давать сильные кислоты. Следовательно, к кислотным осадкам надо отнести и кислотную росу.

Объектом исследования был выбран снежный покров, который накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. Следовательно, он обладает рядом свойств, делающих его удобным показателем 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. Количественное определение уровня кислотности проводилось в пробах снежного покрова, подготовленных по стандартной методике, с применением датчика кислотности (pH).

Выбранный нами участок исследования характеризуется высокой антропогенной нагрузкой; здесь находится один из самых оживленных перекрёстков г. Екатеринбурга. В районе нашей школы движение автомобилей очень сильно выражено. На территории школы находится мини-огород, а также высажено большое количество растений. Однако, расположение автодороги таково, что воздушные массы от легко достигают территории школы. В рамках проектного исследования мы оценивали пробы снежного покрова на кислотность в следующих точках: около автодороги, у забора (справа), около автодороги (слева), у забора (слева), на игровой площадке, около школьного мини-огорода, у забора на заднем дворе школьной территории, на спортивном корте.

Собранные пробы снега перевели в жидкое состояние и с помощью цифровой лаборатории, а именно датчика pH, исследовали уровень кислотности (pH). В процессе работы над проектом мы выявили особенности использования данного датчика - перед погружением в пробирку его нужно замачивать в дистиллированной воде. В рамках анализа показаний мы сравнивали каждый показатель с уровня кислотности (pH) с допустимым диапазоном значений (чистый снег имеет рН = 5,6). Отбор проб свежевыпавших осадков проходил следующим образом:

Создали карту школьной территории с указанием точек заборов проб (Приложение 1);

Для отбора проб снега использовали специальные сосуды с воронками и широкие стеклянные или пластиковые чашки;

Пробы принесли в помещение и провели таяние снега при комнатной температуре. Нагревание пробы снега не применяли, поскольку при этом могут быть потеряны некоторые летучие компоненты;

Часто после таяния снега на внутренних стенках сосуда с пробой может образоваться заметная пленка;

Провели анализ пробы в день ее отбора, не хранили пробы (это может привести к изменению показаний).

Повторно составили карту школьной территории с указанием показателя кислотности для ранее выбранных точек (Приложение 2).

Рис.1 Карта пришкольной территории с указанием точек отбора проб

Используя датчик (Рh) из комплекта цифрового оборудования НАУ-РА, получили график регистрации уровня Ph для каждой из проб:

Повторяя замеры уровня pH при помощи датчика, для каждой пробы, получили следующие данные:

Полученные данные показывают, что тревогу вызывают все участки, на которых были взяты пробы снежного покрова. Наиболее токсичными оказались точки, взятые около автодорог (1, 2, 3,4) и автостоянки (7,8). Точки, взятые на игровой площадке и около мини-огорода (5.6) оказались наименее загрязнёнными, так как они окружены растительностью и находятся на расстоянии от автодороги, но всё же эта разница незначительна. На основе полученных данных, мы разработали некоторые рекомендации по улучшению экологического состояния территории школы и представили их в заключении к нашей работе.

Заключение

Для анализа загрязненности на предмет кислотности (pH) были взяты пробы исследуемых образцов около автодороги, у забора (справа), около автодороги (слева), у забора (слева), на игровой площадке около автодороги, около школьного мини-огорода, у забора на заднем дворе школьной территории, на спортивном корте.

Выбранный нами участок исследования характеризуется высокой антропогенной нагрузкой; здесь находится один из самых оживленных перекрёстков г. Екатеринбург. В районе нашей школы движение автомобилей очень сильно выражено. На территории школы находится мини-огород, а также высажено большое количество растений. Однако, расположение автодороги таково, что воздушные массы от легко достигают территории школы.

На выбранном нами участке содержание кислотности (pH) во всех точках превышает норму. Такая среда для человекапровоцирует множество заболеваний, среди которых сердечно-сосудистые заболевания, артрит, остеопороз, онкологические заболевания и др., а также способствует развитию бактерий, вирусов, грибков, гельминтов и прочих паразитов.

Для растений же в щелочной среде (при pH>8) нарушается поглощение растениями анионов. Это очень сильно снижает рост растений. Причиной этому является то, что при щелочной реакции часть минеральных веществ выпадает в осадок и становится недоступной для растений. Она особенно сильно нарушает поглощение железа, которое полностью выпадает в осадок, в следствии чего растения заболевают хлорозом, при этом заболевании прекращается образование хлорофилла и наблюдается пожелтение молодых листьев. При хлорозе изменяется не только окраска листа, но нарушается процесс фотосинтеза и дыхания, рост растений резко замедляется.

Полученные данные показывают, что тревогу вызывают все участки, на которых были взяты пробы снежного покрова. Наиболее токсичными оказались точки, взятые около автодорог (1, 2, 3,4) и автостоянки (7,8). Точки, взятые на игровой площадке и около мини-огорода (5.6) оказались наименее загрязнёнными, так как они окружены растительностью и находятся на расстоянии от автодороги, но всё же эта разница незначительна.

В процессе исследования мы выяснили, что пришкольная территория имеет щелочную среду (pH>8), следовательно, рекомендации для руководства образовательного учреждения по улучшению экологического состояния снежного покрова в зимнее время будут направлены на снижение уровня кислотности (pH), а именно:

Закупка и установка специальных защитных ограждений (профилированных листов). В целом, этот материал удобен и функционален, но у него имеются как достоинства, так и недостатки. Достоинства:

Профлисты не подвержены коррозии. В условиях климата нашей страны, приходится выбирать действительно стойкие к атмосферным явлениям, продукты. Этот барьер прекрасно выдерживает низкие и высокие температуры, осадки, обледенение и тому подобные природные явления. Благодаря современным полимерным покрытиям, сталь не ржавеет и не меняет свой внешний вид.

Прочность. Благодаря тому, что профилированные листы идут с различной глубиной профиля, можно подобрать лист необходимой жесткости для каждого конкретного случая.

Пожаропрочность и влагопрочность. Профилированные листы не горят, поэтому являются совершенно пожаробезопасными. Что касается протечек, то при условии сохранения целостности листа, они невозможны. Даже в местах крепления на этот случай предусмотрены специальные саморезы для профлиста – под головкой такого крепежа имеется резиновая шайба, предотвращающая попадание влаги внутрь.

Недостатки: нагрев. Так как это тонкий металлический лист, то, при воздействии прямых солнечных лучей, он имеет свойство сильно нагреваться.

Такое ограждение не только уменьшит уровень кислотности (pH), но и снизит уровень шумового загрязнения.

Высокая живая изгородь.

Идеальны для высадки хвойные растения. Во-первых, они - вечнозеленые. То есть, живая изгородь не будет лишь сезонной защитой. Кроме того, ели, сосны, пихты и лиственницы – неприхотливые растения, и не требуют какого-то особого ухода. Лучше искать быстрорастущие сорта с густой хвоей. Но при этом помнить, что в ширину изгородь может разрастись от 1 до 4 метров. Хвоя должна быть гладкой, чтобы вредные примеси из воздуха на ней не оседали. То есть нужно предусмотреть и выделить достаточно места между забором и тротуаром.

Так как наша школа находится около автодороги, то лучше выбирать крупные деревья – сосны, пихты, лиственницы или ели. Покупать следует уже высокие растения. Желательно от 2 метров в высоту, чтобы не ждать несколько лет, пока растения достигнут нужных размеров.
Но, покупая лиственницу, надо знать, что она опадает. Обязательно заранее надо удобрять землю минералами.

Когда же деревья приживутся, то эта изгородь обеспечит, снижение шума и попадания выхлопов на 20-30%. Еще одна изгородь, уже с внутренней стороны забора сильнее изолирует участок. Деревья здесь можно высадить не такие высокие, но при этом не забывать, что густая хвоя – главная защита от вредных выбросов и осадков.

Список литературы

1. Василенко Г. И. Мониторинг загрязнения снежного покрова. Л. : Гидрометеоиздат, 1985;

2. Доклад "О состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2013 году" / ред. колл.: П. В. Вергун и др.; Министерство природных ресурсов и экологии;

3. Прокачева А. Н., Усачев В. Ф. Снежный покров в сфере влияния города. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 175 с;

4. Фролова Н. В. Экологическая оценка содержания нитратов и нитритов в пищевых продуктах растительного и животного происхождения и методы их снижения;

5. Ширшов А. Ф., Бузинова О. П., Прокшиц В. Н., Реут Л. А., Панибратенко М. В., Завьялова Г. Е. Промышленность // Природные условия, ресурсы, хозяйство, население, геоэкологическое состояние;

6.Электронный источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Водородный_показатель;

7. Электронный источник: https://studopedia.ru/9_32274_opredelenie-rn-kislotnih-osadkov.html

Приложение 1

Карта пришкольной территории с указанием точек отбора проб снежного покрова

Приложение 2

Карта пришкольной территории с указанием показателя ph для точек отбора проб снежного покрова