IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Методы цифрового экологического мониторинга микрорайона школы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Развитие научно-технического прогресса, начавшегося еще в Европе в XIX веке, внесло существенные изменения во взаимоотношении Природы и человека. Основываясь на результатах современных исследований, очевидно, что биосфера Земли перерождается под влиянием факторов антропогенного воздействия. Только по данным Федеральной службы государственной статистики можно сделать вывод о том, что окружающая среда с каждым годом требует к себе все больше внимания и финансовых вложений, которые используют для предотвращения глобальных изменений в климате, загрязнений воздушной и водной среды, сохранения биоразнообразия и охрана природных территорий.
Осознание глобальной экологической катастрофы заставляет мировое сообщество искать пути выхода из сложившейся ситуации, разрабатываются индикаторы, которые способны мгновенно отслеживать за изменениями в биосфере. Одним из таких индикаторов является экологический мониторинг, основная задача которого получение качественных и количественных характеристик изменения природной среды.
Занимаясь вопросами разработки экологического паспорта школы, мы задумались, а возможно ли с помощью цифровых технологий провести качественный анализ экообстановки территории микрорайона? Можно ли с помощью доступного для каждого школьника цифрового оборудования отследить за состоянием экологической ситуации конкретной территории? Поиск ответов на данные вопросы способствовал разработки исследования на тему «Методы цифрового экологического мониторинга микрорайона школы»
Цель работы: оценить показатели изменения экологической ситуации микрорайона с помощью компьютерных технологий.
Задачи:
Изучение методов оценки экологической ситуации окружающей среды на конкретной территории;
Сбор и анализ показателей экологического состояния микрорайона с помощью доступных школьнику материалов;
Оценка фактического состояния природной среды микрорайона школы с использованием компьютерных технологий;
Разработка рекомендаций по проведению цифрового экологического мониторинга в школах города.
Гипотеза: Мы предполагаем, что использование школьными объединениями цифровых технологий для исследования экологической обстановки территории, может внести существенный вклад в экологический мониторинг окружающей среды города.
Объект исследования: цифровой экологический мониторинг
Предмет исследования: методы экологического мониторинга
Теоретическая часть.
Идея глобального наблюдения за изменениями в природе впервые была выдвинута в 1972 году на Стокгольмской международной конференции ООН. Именно там американский ученый Р. Манн ввел термин «monitoring» (от латинского слова «monitor» – тот, кто напоминает, предостерегает.)
Мониторинг окружающей природной среды – как способ наблюдения за состоянием биосферы и защиты населения от токсичного воздействия загрязняющих веществ, стал активно изучаться и разрабатываться в начале 1980-х годов прошлого века. Большая заслуга в этом вопросе принадлежит российским ученым И.П. Герасимову иЮ. А. Израэлю, которые ввели термин «экологический мониторинг». Согласно их мнению «система наблюдений, позволяющая выделить изменения состояния биосферы под влиянием антропогенной деятельности» включает в себя следующие элементы:
наблюдение за факторами воздействия и состоянием окружающей среды;
прогноз ее будущего состояния;
оценка ее фактического и прогнозируемого состояния.
В настоящее время экологический мониторинг является необходимой составляющей в системе непрерывного контроля за состоянием окружающей среды и использованием основных природных ресурсов (воды, воздуха, почвы, растительного и животного мира). Активно применяются различные методы анализа и оценки экологических опасностей: химические, физические и биологические. Выбор способов, как правило, обусловлен требованиями к его основным характеристикам, таким, как: информативность, чувствительность и возможность контролировать уровень загрязнения, ниже предельно допустимого.
Для обработки экомониторинговых данных используются методы вычислительной и математической биологии (в том числе математическое моделирование), физико-химические, географической информационной системы, а также широкий спектр компьютерных технологий. Выбор метода, как правило, обусловлен требованиями к его основным характеристикам, таким, как: информативность, чувствительность и возможность контролировать уровень загрязнения, ниже предельно допустимого.
Изучив теоретические вопросы, мы решили внести свой небольшой вклад в разработку проекта и оценить показатели изменения экологической ситуации микрорайона с помощью доступных компьютерных программ. Ведь как говорил Махатма Ганди «Если ты хочешь перемену в будущем – стань этой переменой в настоящем»
Практическая часть исследования.
Мониторинг №1 Определение запылённости воздуха в различных местах микрорайонах школы.
Методика.
Сбор материалов исследования: приклеили к поверхности листовых пластинок различных деревьев (на разных участках), одинаковые образцы скотча; зафиксировали место произрастания растения и высоту нахождения исследуемого образца. Через 2 недели сняли плёнку с листовых пластинок вместе со слоем пыли и приклеили её на лист белой бумаги
А нализ исследования с помощью цифровых технологий: Уровень запыленности фиксировали с помощью программы «Photoshop». Для этого сканировали образцы исследования (скотча), а потом изображение рассматривали через призму насыщения цвета. С помощью функции «смешения цветов», мы получали общую цветовую палитру, которую заносили в итоговую таблицу№1:
Таблица №1
|
Место |
Приблизительная высота (сантиметры) |
Степень запыленности В–высоко-запылённая, С–средне - запылённое, М–мало – запыленное, Н–не запылённое. |
|||||
|
Ворошилова |
140 |
160 |
210 |
В |
В |
В |
|
|
Советская |
137 |
160 |
207 |
В |
С |
С |
|
|
Российская |
140 |
158 |
210 |
С |
С |
С |
|
|
Питомник |
138 |
162 |
210 |
Н |
Н |
Н |
|
|
Школа |
141 |
160 |
208 |
М |
М |
М |
|
Вывод: Высокая степень запылённости образцов листьев наблюдались на улице Ворошилова, это объясняется высокой антропогенной нагрузкой на этой улице. При этом значительное количество зелёных насаждений задерживает пыль, снижают уровень запылённости пришкольной территории. Средняя степень запылённости на улицах Советская, Российская. Низкая степень запылённости наблюдается на улице Фирсова и в Городском парке Питомник. Обуславливается отсутствием оживленного движения транспорта.
Мониторинг №2 Определение экологической обстановки по площади листовой пластинки.
Методика.
Сбор материалов исследования: с основных улиц нашего города мы собрали листья липы.
А нализ исследования с помощью цифровых технологий: листья отсканировали с помощью обычного офисного сканера. Полученные изображения мы обработали с помощью программы «ЛиАна», разработанной в Пущинском государственном научно-естественном институте. Под руководством доцента, кандидата биологических наук Х.П. Тираса, были подведены итоги мониторинга.
Вывод:По результатам мониторинга мы обнаружили, что листовые пластинки с более меньшей площадью были собраны на улицах с высокой антропогенной нагрузкой.
Мониторинг №3. Определение состояния почвы в разных участках микрорайона школы.
Методика.
Сбор и анализ материалов традиционным способом: собралиобразцы почвы с разных участков микрорайона школы; растворили почву в воде; в водный раствор поместили индикаторную полоску для определения рН почвы; сравнили цвет окрашенной индикаторной полоски со значениями цветовой шкалы в инструкции;
А нализ материалов с помощью цифровых технологий: анализ состояния почв мы решили проверить с помощью бесплатных приложений для мобильных телефонов: «Soil Quality (рH indicator)», «FarmLogs», «Яра CheckiT». Показания приложений мы сравнили с традиционным методом исследования почвы.
Вывод: По результатам мониторинга, исследуемые образцы почвы имеют нейтральную среду, что позволяет предположить, что воздух в микрорайоне школы не содержит оксиды серы и оксиды азота, которые являются одной из причин кислотных дождей и закисления почвы. В результате исследования выяснили, что мобильные приложения имеют большой спектр возможностей диагностики почв и могут заменить традиционные методы исследования.
Мониторинг №4 Определения уровня загрязненности атмосферы выхлопными газами
Методика.
Сбор и анализ материалов традиционным способом: мы произвели подсчет проезжающих автомобилей по дорогам в разное время суток за интервал 1 час.
Анализ материалов с помощью цифровых технологий: Показатели количества проезжающих машин занесли в таблицу Microsoft Excel. С помощью программы создали формулу для расчета задачи: «Известно, что один легковой автомобиль в сутки выбрасывает до 1 кг выхлопных газов, в состав которых входит около 30 г угарного газа, 6 г оксидов азота, соединения свинца, серы и другие загрязняющее вещества. Сколько выхлопных газов поступает в атмосферу в течение суток?» По полученным результатам сделали вывод.
Вывод: В атмосферу микрорайона нашей школы в сутки приблизительно поступает:
выхлопных газов: 1000 * 1кг = 1000 кг; угарного газа 0,03 * 1000 =30 кг; оксидов азота 0,006 *1000= 6 кг
Мониторинг №5 Определения уровня радиоактивности
Методика.
Сбор и анализ материалов с помощью традиционного прибора : активность радиоактивного излучения мы изучали с помощью дозиметра «Радэкс», который позволяет оценивать мощность γ-излучения в бытовых условиях.
С бор и анализ материалов с помощью цифровых технологий: Сравнили показатели прибора «Радэкс» с показаниями симуляторов дозиметров, скаченных на мобильный телефон. Сделали вывод.
Вывод: В результате исследования выяснили, что мобильные приложения для беспроводного гаджет-дозиметра в автономном режиме способны контролировать показания радиационного фона окружающей среды и не отличаются от показателей специализированного измерительного прибора. Данные приложений возможно использовать для измерения уровня радиации.
Заключение: В результате проведенных исследований мы подтвердили свою гипотезу и доказали, что использование школьными объединениями цифровых технологий для исследования экологической обстановки территории, может внести вклад в экологический мониторинг городской среды. Исследование могут быть полезно участникам школьных экоклубов. В перспективе мы планируем разработать электронное пособие «Школьный цифровой экологический мониторинг окружающей среды» и поделиться своими исследованиями с учащимися других школ.
Список используемых источников:
Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. Учеб. методич. пособие / Под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: Агар, 2000.
Методы экологического мониторинга качества сред жизни и оценки их экологической безопасности: учебное пособие / О.И. Бухтояров, Н.П. Несговорова, В.Г.Савельев, Г.В. Иванцова, Е.П. Богданова. – Курган : Изд-во Курганского гос. ун-та, 2015. – 239 с. URL: http://www.cnshb.ru/Vexhib/em/16_3694.pdf (дата обращения: 29.09.2019).
Охрана окружающей среды в России. 2018: Стат. cб./Росстат. - 0-92 M., 2018. − 125 с. URL: https://www.gks.ru/free_doc/doc_2018/ohrana_2018.pdf (дата обращения: 25.09.2019).
Хомутова И.В. Экологическая безопасность. Школьный экологический мониторинг. Практикум. – М.: Просвещение, 2019
Экологический мониторинг: шаг за шагом / Е.В. Веницианов и др., Под ред. Е.А. Заика. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2003. – 252с. URL: http://ecoline-eac.com/wp-content/uploads/2016/03/ekologicheskiy_monitoring.pdf (дата обращения: 10.09.2019).