"Экология глазами математики"

Муниципальное автономное образовательное учреждение

Краснопутьская средняя общеобразовательная школа

городского округа Домодедово

Муниципальный фестиваль научно-исследовательской и проектной деятельности

«В фокусе метапредметности»

Секция: Математика

Тема: «Экология глазами математики»

Автор работы: Макарова Мария, 9 Б класс

Научный руководитель: Филатова Наталья Валерьевна

Домодедово 2021

Оглавление

Введение 3

Глава 1. Теоретические основы 4

1.1. Цифры и факты в мире экологии 4

1.2. Влияние человека на экологию 5

Глава 2. Практические аспекты изучения экологии с точки зрения математики 7

2.1. Исследование углеродного следа человека 7

2.2. Результаты исследования 7

Заключение 9

Библиографический список 10

Введение

Актуальность темы. Экология стремится понять жизненно важные связи между растениями и животными и окружающим их миром. Экология также предоставляет информацию о преимуществах экосистем и о том, как мы можем использовать ресурсы Земли таким образом, чтобы сохранить окружающую среду здоровой для будущих поколений. С помощью математики мы можем строить диаграммы, проводить измерения, делать расчеты. Все вышеописанное обусловило актуальность темы.

Цель работы – теоретически обосновать связь экологии и математики, оценить в количественном эквиваленте примерный углеродный след человека за год, провести анкетирование учащихся.

Гипотеза исследования: предположим, что знания математики используются в экологии, так как современный экологический мир невозможен при ее отсутствии.

Задачи работы:

1. Проанализировать цифры и факты в мире экологии.

2. Рассмотреть влияние человека на экологию.

3. Исследовать углеродный след человека.

4. Проанализировать результаты исследования.

Методы исследования: анализ литературы по теме исследования, поисковый, аналитический, анкетирование, обработка исследования.

Значимость работы. Социальная значимость заключается в повышении экологической культуры, формировании позитивного отношения к окружающей среде. Практическая значимость заключается в том, что материалы проекта могут быть использованы учителями при проведении уроков математики, экологии, при проведении предметных недель.

Литературный обзор. Изучение математики в ракурсе экологии проводили Н.Д. Харитонова, Е.И. Симканич, Д.Д. Хатамов, Л.Ф. Маслакова. Изучением проблем экологии занимались М.М. Текуев, Д.И. Текуева, А.С. Кораблева, Ф.Р. Валиева, М.Т. Хакимова.

Глава 1. Теоретические основы 1.1. Цифры и факты в мире экологии Одной из актуальных проблем современности становится поиск ответов на вопросы, которые ставит сама жизнь. Вопрос о том, как уберечь мир от экологической катастрофы назрел давно. Экологическая ситуация в мире ухудшается с каждым днем и каждый из нас участвует в этом. Средний легковой автомобиль выбрасывает в год столько углекислого газа, сколько весит сам. Около 300 наименований вредных веществ включают выбросы автотранспорта. Каждый год 225000 человек умирает в Европе от болезней, которые связаны с выхлопными газами [5]. Каждый год с лица Земли исчезает 11 млн. га тропических лесов, что в десять раз больше масштабов восстановления леса. Практически половина всех лесов в Англии уже исчезла за последние 80 лет. Практически половина тропических лесов Амазонки может исчезнуть к 2035 году [4]. С начала двадцать первого века кислотность вод в Мировом океане повысилась в десять раз. Около 20% всех коралловых рифов на Земле исчезло за последние 25 лет. Каждый год в Тихий океан сбрасывается 9 млн. тонн отходов, в Атлантику сбрасывается более 35 млн. тонн отходов. Главным загрязнителем в мировом океане является нефть. Лишь в результате судоходства и очистки танкеров в океаны каждый год может попадать от 5 до 10 млн. тонн нефти [8]. По сведениям экологов, 1 человек, проживающий в России может создавать около 0,5 кг мусора в день, другими словами 182,5 кг за год. А в свою очередь 46 миллионов жителей оставляют каждый год после себя 8 млн тонн мусора. Для разложения в природной среде бумаги требуется до 10 лет, консервной банки – до 90 лет, фильтра от сигареты – до 100 лет, полиэтиленового пакета – до 200 лет, пластмассы – до 500 лет, стекла – до 1000 лет. Для того, чтобы разложились фильтры сигарет нужно от 5 до 15 лет [2]. За данное время они смогут оказаться в желудке рыбы, птицы и морских млекопитающих. За весь девятнадцатый век повышение температуры составило около 0.1 градуса. В последнее десятилетие ХХ века данный рост достиг в среднем 0.3 градуса в год. В начале двадцать первого века среднегодовая температура повысилась на 0.5 градуса, на Европейском континенте на 0.73 градуса. За последние 15 лет среднегодовая температура воздуха выросла на 0.8 градуса [1]. Осенью 2008 года в Восточной Европе температура октября превзошла норму на 10–12 градусов. В Западной Европе, расположенной в более тёплой зоне, напротив, температура упала до нуля, наблюдались снегопады. Повышающаяся температура планеты не только растапливает огромные ледники, но также еще и размораживает слой почвы. Это может привести к тому, что почва станет мягче и может представлять опасность для существующих на ней строений и инфраструктуры. Кроме того, таяние вечной мерзлоты может привести к оползням и селям. Некоторые исследователи указывают на то, что есть возможность возвращения некоторых болезней в ситуации контакта людей с растаявшими могильниками прошлого. Таким образом, математика создает условия для количественной оценки состояния природных объектов и явлений, положительных и отрицательных последствий деятельности человека в природе и социальном окружении. Численные данные дают возможность раскрыть вопросы о состоянии экологии, заботы о ней, рациональном природопользовании, восстановлении и приумножении ее природных ресурсов.
1.2. Влияние человека на экологию Мало кто из людей думает, выходя в магазин за пачкой печенья, как данная покупка может повлиять на экологию. А между тем любое из наших действий может оставить след на земном шаре, в том числе и углеродный. Одними из ключевых «отравителей» для атмосферы могут служить парниковые газы, которые оказывают воздействие на экологию и климатические нормы, вызывая потепление [11]. Исследователями было определено, что максимальный вред могут нанести углекислый газ (СО₂), метан (CH₄), закись азота (N₂O), тропосферный озон (O₃), водяной пар (H₂O). Чтобы комфортнее рассчитать степень влияния выбросов, все парниковые газы можно привести к эквиваленту СО₂ [8]. А понятием «углеродный след» называют комплекс воздействий на экологию разных парниковых газов, появляющихся при определенном действии. К примеру, можно рассмотреть, какой углеродный след будет после покупке пачки печенья. Подсчет ведется фактически от подготовки поля к посадке зерна. След оставляет завоз удобрений, работа тракторов, полив посевов, сбор урожая и доставка на элеватор [3]. Затем будет идти цикл переработки зерна в муку, выпечка и, далее, отправка печенья в магазин. В магазине углеродный след могут оставить освещение, работа холодильника, отопление. А когда человек идет за покупкой, тоже загрязняет планету, если движется на транспорте. Самый небольшой углеродный след может оставить ягода, которая выросла в личном саду без удобрений, полива, и если при этом человеку не приходится в сад ездить [6]. А вот варенье, которое было сварено из данных ягод, запускает цикл: электроэнергии при варке, покупки сахара, изготовления стеклянной банки и так далее [7]. Приблизительный ущерб, который любой человек в процессе своей деятельности приносит природе, можно вычислить на калькуляторе персонального углеродного следа (в сети Интернет) [10]. В них, как правило, учитываются углеродный след квартиры (отопление, вода, газ), присутствие и частота эксплуатации автомобиля, поездки на транспорте. И предлагаются методы снижения величины углеродного следа, варианты экономии энергии либо посадка зеленого насаждения. Глава 2. Практические аспекты изучения экологии с точки зрения математики 2.1. Исследование углеродного следа человека Климатический кризис – это не только трубы заводов, но ещё и наше личное потребление: дома и на работе, в транспорте, в кафе и путешествиях. Многие наши действия приводят к выбросам парниковых газов. Пройдя углеродный калькулятор, можно узнать, из чего складывается климатический след, а главное, как его можно уменьшить. Для расчета углеродного следа используем онлайн-сервис, вводим примерные средние данные на одну семью с 2 детьми [9]. Ключевые данные включают: 1. Общую площадь жилья: 60 квадратных метров. 2. Сколько человек проживает в жилье: 4 человека. 3. Наличие в квартире: газовой плиты, центрального отопления. Также сервис запрашивает данные о поездках, видах транспорта, диете, употреблении продуктов. В качестве результата о проведении данного расчет сервис выдает значение углеродного следа. Графическое представление результата продемонстрировано в Приложении на рисунке 1. Таким образом, был рассчитан углеродный след на одну семью. По итогам можно отметить, что его значение (3,98 тонн) на 1% больше, чем средний результат. Хотя эти цифры лишь примерные, они могут помочь человеку осознать наиболее крупные источники парниковых газов, которые он создает. 2.2. Результаты анкетирования Для уточнения взаимосвязи математики и экологии мы провели анкетирование среди учащихся. В анкетировании приняло участие 30 человек – учащиеся 9-ых классов. Анкета включала 4 вопроса. При ответе на первый вопрос «Нужна ли математика в жизни людей?» результаты демонстрируют, что математика нужна 90% (27 человек из 30) и не нужна 10% (3 из 30). Следующим вопросом был: «Где применяется математика?». Среди ответов встретились следующие: нужна везде – 40% (12 из 30 человек), на ней держится мир – 17% (5 человек), в быту – 17% (5 человек), в других науках – 26% (8 человек). Еще одним вопросом был: «Могут ли математические методы применяться в области экологии?». Среди ответов встретились следующие: да – 57% (17 из 30 человек), нет – 43% (13 человек). Следующий вопрос: «Знаете ли Вы, что многие экологические вопросы прогнозируются математически?». Были получены такие ответы: да – 83% (25 из 30 человек), нет – 17% (5 человек). Результаты проведенного анкетирования представим на рисунке 2 в Приложении. Таким образом, по результатам анкетирования было получено, что большая часть опрошенных учащихся считает, что математика нужна в жизни человека. Также отметим, что не все считают, что математика пригодится в других науках. Большая часть опрошенных учащихся считает, что математические методы могут применяться в области экологии и, что многие экологические вопросы прогнозируются математически.
Заключение В соответствии с проведенным исследованием были получены следующие основные результаты: 1. Математика создает условия для количественной оценки состояния природных объектов и явлений, положительных и отрицательных последствий деятельности человека в природе и социальном окружении. Численные данные дают возможность раскрыть вопросы о состоянии экологии, заботы о ней, рациональном природопользовании, восстановлении и приумножении ее природных ресурсов. 2. Примерный ущерб, который каждый человек в ходе своей деятельности наносит природе, можно посчитать на калькуляторе персонального углеродного следа (в сети Интернет). В них обычно учитываются углеродный след квартиры (отопление, вода, газ), наличие и частота использования автомобиля, поездки на транспорте. И предлагаются способы снижения величины углеродного следа. 3. Был рассчитан углеродный след на одну семью. По итогам можно отметить, что его значение (3,98 тонн) на 1% больше, чем средний результат. Хотя цифры лишь примерные, они могут помочь осознать наиболее крупные источники парниковых газов, которые он создает. 4. В анкетировании приняло участие 30 человек – учащиеся 9-ых классов. Анкета включала 4 вопроса. По результатам анкетирования было получено, что большая часть опрошенных учащихся считает, что математика нужна в жизни человека. Также отметим, что не все считают, что математика пригодится в других науках. Большая часть опрошенных учащихся считает, что математические методы могут применяться в области экологии и, что многие экологические вопросы прогнозируются математически. Таким образом, цель, поставленная в работе, достигнута, а задачи решены. Гипотеза подтвердилась, то есть знания математики используются в экологии, так как современный экологический мир невозможен при ее отсутствии. Библиографический список

1. Алиев М.С., Халлыев Х.Д. Экологическое воспитание учащихся средствами математики // Актуальные проблемы современного образования. – 2018. – № 2 (25). – С. 50-54.
2. Анахин Н.Ю., Грошев Н.Г., Оноприйчук Д.А. Математика в ракурсе экологии // Молодежный научный форум: технические и математические науки. – 2016. – № 10 (39). – С. 262-266.
3. Валиева Ф.Р., Хакимова М.Т., Пирназаров А.У. Глобальные проблемы экологии // Актуальные научные исследования в современном мире. – 2017. – № 5-9 (25). – С. 116-118.
4. Выборнова В.М. Математика на службе экологии / В. М. Выборнова, В. В. Маеренкова // Юный ученый. – 2017. – № 5 (14). – С. 54-55.
5. Елёскин С.Э. Математика и экология // Молодой ученый. – 2014. – № 17. – С. 231-233.
6. Кораблева А.С. Проблемы экологии и их решение // Наука через призму времени. – 2020. – № 8 (41). – С. 23-24.
7. Саркисов О.Р. Экологическая безопасность и эколого-правовые проблемы в области загрязнения окружающей среды: Учебное пособие / О.Р. Саркисов, Любарский Е.Л.. - М.: Юнити, 2014. - 231 c.
8. Текуев М.М., Текуева Д.И. Проблемы экологии городской среды // Ползуновский альманах. – 2020. – № 1. – С. 198-199.
9. Углеродный калькулятор – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://climate.greenpeace.ru/calculator/ (дата обращения: 24.02.2020)
10. Харитонова Н.Д., Симканич Е.И., Смирнова Г.Н., Науменко В.Л. Математика в ракурсе экологии // Сборник статей XVIII Международной научно-практической конференции : в 2 ч.. – 2020. – С. 12-13.
11. Хатамов Д.Д., Маслакова Л.Ф. Применение математики в экологии // Теория и практика современной науки. – 2017. – № 6 (24). – С. 1078-1081.

Приложение Рисунок 1 – Углеродный след человека Рисунок 2 – Результаты анкетирования