Урок по экологии "Экологические проблемы современности. Загрязнение атмосферы"

Урок по теме «Экология» 11 класс.

«Экологические проблемы современности.

Загрязнение атмосферы».

Урок разработала:

учитель биологии МБОУ Дорогобужская СОШ №1 Янкина Наталья Васильевна.

Цель: формирование чувства ответственности у учащихся за загрязнение окружающей среды путём ознакомления с основными факторами её загрязнения.

Задачи:

Образовательные: рассмотреть основные глобальные экологические проблемы атмосферы, выяснить причины загрязнения воздуха, познакомить с мерами устранения загрязнителей воздушной сферы,

Развивающие: развивать логическое мышление, внимание, память; развивать коммуникативные навыки, умения самостоятельно добывать знания и анализировать информацию, выделять главное в изучаемом материале.

Воспитательные: 

прививать бережное, гуманное отношение к природе, воспитывать готовность к активными действиям по охране.

УУД

Личностные: познавательный интерес к экологии. Способность выбирать целевые и смысловые установки в своих действиях и поступках по отношению к живой природе. Потребность в справедливом оценивании своей работы и работы одноклассников

Познавательные: умение работать с различными источниками информации, пре­образовывать её из одной формы в другую, сравнивать и анализировать информацию, делать выводы, готовить сообщения и презентации.

Регулятивные: умение организовать самостоятельно выполнение заданий, оценивать правильность выполнения работы, рефлексию своей деятельности.

Коммуникативные: участвовать в диалоге на уроке; отвечать на вопросы учителя, товари­щей по классу, выступать перед аудиторией.

Тип урока: изучение нового материала

Форма урока – урок- исследование

Форма организации учебной деятельности – индивидуально-групповая

Методы обучения: проблемный, объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый, лабораторная работа - исследование.

Оборудование: компьютер, компьютерная презентация “Экологические проблемы атмосферы», цифровая лаборатория по биологии RELEON.

Жизнь начинается с дыхания и заканчивается с его прекращением. Чистый воздух необходим для жизни человека, растений и животных. Человек может отказаться от приёма недоброкачественной пищи, не пить загрязнённую воду, но не дышать он не может (без воздуха человек может существовать не более 5 минут)

Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует земная атмосфера – газовая оболочка, защищающая живые организмы от вредного воздействия космических излучений и резких колебаний температуры.

Каждый из нас вдыхает огромное количество воздуха, с которым, в организм попадают и вредные вещества. Мы давно привыкли очищать или кипятить воду, которую пьем, но, к сожалению, не всегда задумываемся о воздухе, которым постоянно дышим. За день человек в среднем вдыхает более 9 кг воздуха, выпивает около 2 л воды, съедает немногим более 1 кг пищи. Именно поэтому контакты человека с загрязнителями среды через воздух происходят в среднем чаще, чем через воду, растения и другие ее компоненты

. Источники загрязнения

Все источники загрязнения атмосферы подразделяются на естественные и антропогенные.

Естественные (природные) Искусственные (антропогенные)

- космическая пыль - испытания атомных и термоядерных бомб

- пыльные бури - промышленность

- вулканизм - автотранспорт

- лесные пожары - теплоэнергетика (угольные электростанции)

- выветривание - отопление жилищ

- разложение земных организмов - сельское хозяйство

Самым сильным за всю историю человечества было извержение вулкана Кракатау в 1883 году. Взрыв этого вулкана был слышен на расстоянии 4800 км. Вулканическая пыль поднялась на высоту более 20 км. Этот пепел опоясал весь земной шар в течении нескольких месяцев.

Естественным поставщиком пыли является пустыня Сахара. Пылевые облака, возникающие над Сахарой, переносятся пассатами над всей Западной Африкой

Существуют различные группы загрязнителей атмосферы:

- по свойствам загрязнителей (физическое, химическое, биологическое );

• физическое — механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивные излучения и изотопы),электромагнитное (различные виды электромагнитных волн, в том числе радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение (например, выбросы тёплого воздуха и т. п.)

• химическое — загрязнение газообразными веществами и аэрозолями. 

• биологическое — в основном загрязнение микробной природы. Например, загрязнение воздуха вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами, а также их токсинами и продуктами жизнедеятельности.

- по состоянию загрязняющего вещества (газ, жидкость, твердые отходы );

- стойкости загрязнения в естественной среде (разрушаемые и неразлагаемые);

- по степени распространения (глобальное , локальное, региональное)

-Глобальное - загрязнение, которое нарушает естественные физико- химические, биологические показатели биосферы в целом и обнаруживается в любой точке поверхности нашей планеты.

-Локальное загрязнение- загрязнение окружающей среды в ограниченных пространственно- временных масштабах.

-Региональное загрязнение – загрязнение окружающей среды, проявляющееся в пределах значительной территории (региона). Региональное загрязнение формируется на основе локальных загрязнений при увеличении их количества.

Разделение это условное, поскольку человек и экологические системы подвергаются воздействию не отдельных загрязнителей, а их комбинаций, включающих химические, физические и биологические составляющие.

В последние десятилетия антропогенные факторы загрязнения воздуха стали превышать по масштабам естественные, приобретая глобальный характер

.

Основными антропогенными источниками загрязнения атмосферы в современном мире являются:

1. Энергетика

2. Автомобильный и авиационный транспорт

3. Промышленность (особенно предприятия черной и цветной металлургии, а также нефтехимическая промышленность).

.

Автомобильный транспорт-

Автомобили выбрасывают в воздушный бассейн более 200 химических соединений.

Каждый легковой автомобиль ежегодно выделяет в воздух в среднем 800кг окиси углерода, 220кг углеводороводов и 40кг оксидов азота..

Численность автомобилей быстро увеличивается, а вместе с тем непрерывно растет и общий выброс вредных продуктов в атмосферу.

В отличие от промышленных источников загрязнения, привязанных к определенным площадкам и, как правило, изолированных от жилой застройки санитарно-защитными зонами, автомобиль – движущийся источник загрязнения.

Автомобильный выброс распространяется на уровне дыхания человека, и его рассеяние (разбавление) в условиях городской застройки затруднено.

Авиатранспорт

Значительно загрязняет атмосферу авиатранспорт. При взлете 4-моторный реактивный самолет оставляет позади себя шлейф ядовитых газов, по объему равный выхлопу 6800 автомобилей.

Один самолет при перелете на 1000км использует столько же кислорода, сколько потребляет один человек в течение года, выделяя соответствующее количество окиси углерода. Реактивный лайнер при перелете из Америки в Европу за 8 часов потребляет 35 тонн кислорода. Такое количество производят за то же время примерно 25 тысяч гектаров леса. Летящие на большой высоте самолеты выбрасывают окислы азота непосредственно в нижних слоях стратосферы, где они вступают в реакции, ведущие к разрушению озонового экрана планеты, защищающего ее от ультрафиолетового излучения солнца. Особенно велико загрязнение атмосферы вблизи аэропортов.

Теплоэлектростанции -

Одним из мощнейших источников загрязнения атмосферного воздуха являются теплоэлектростанции (ТЭЦ). При сжигании угля, нефти, мазута в атмосферный воздух выбрасываются двуокись углерода, окислы серы, азота, кальция и железа, сернистый газ, различные твердые частицы, содержащие мышьяк, селен, радиоактивные элементы. Крупные ТЭЦ выбрасывают в воздух большое количество золы, достигающее десятков тонн в сутки. Кроме того, в угле в небольших количествах содержится мышьяк, который выбрасывается при сжигании угля вместе с золой и взвешенными частицами. По некоторым оценкам, при сжигании угля в атмосферу ежегодно выбрасывается 1000-3000 тонн мышьяка, обладающего, как известно, канцерогенным эффектом. Кроме того, в летучей золе выбросов ТЭЦ, работающих на угле, присутствуют радиоактивные элементы.

Промышленные предприятия-

Особое звание среди источников загрязнения атмосферы занимает химическая промышленность. Она поставляет диоксид серы (SO2), сероводород (H2S), оксиды азота (NO, NO2), углеводороды. В выбросах предприятий цветной металлургии присутствуют мышьяк, свинец, пыль, сернистый газ, фтористые соединения, окислы тяжелых металлов и ряд других примесей. Для химической промышленности характерна высокая концентрация предприятий, что создает повышенное загрязнение окружающей среды Иногда они обнаруживаются на расстоянии 4-5км от источника образования.

Последствия загрязнения атмосферы 

Все эти источники вызывают химическое газообразное загрязнение, которое представляет повышенную опасность. На него приходится 80 – 90 % всех выбросов в атмосферу. Это соединение серы, азота, хлора и углерода. Попадая в атмосферу, соединения серы и азота соединяются с капельками воды и образуют серную и азотную кислоты. Затем с дождями они выпадают на землю – образуя кислотные дожди. Попадая в реки и озёра, они уничтожают флору и фауну водоёмов. Кислотные дожди приводят и к разрушению конструкций, памятников.

Ещё большее внимание учёных привлекают последствия попадания в атмосферу соединений углерода: углекислый газ, угарный газ и метан. Среди них преобладает углекислый газ. Он не ядовит, но, накапливаясь, приводит к образованию парникового эффекта. Парниковый эффект – это свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение, способствуя аккумуляции тепла Землёй.

В настоящее время наблюдается всё усугубляющаяся картина истоньшения озонового слоя Земли, который защищает землю от опасного ультрафиолетового излучения. Учёные считают, что основная причина в концентрации хлор-фторуглеродов (фреонов). Это антропогенные вещества и химические соединения, используемые в производстве аэрозолей, хладигентов (в холодильниках), растворителей.

Влияние на микроклимат населенных мест.

Пылевые частицы в воздухе являются ядрами конденсации влаги, то при увеличении количества выбрасываемых загрязнений увеличивается и число туманов, образуя смоги Смоги длительно сохраняются, способствуют ухудшению здоровья и работоспособности населения, увеличе­нию числа уличных травм, угнетают самочувствие людей.

Также туманообразование ведет к уменьшению естественной освещенности до 40—50%, что требует дополнительных расходов на освещение улиц. Кроме того, климатологи отмечают, что в связи с увеличением количества взвешенных частиц в воздухе городов на 5-10% повышается облачность.

Снижение степени естественной освещенности, вызванное пылевым загрязнением также уве­личивает экономический ущерб, так как приходится больше пользоваться искусственными источниками света.

Загрязнения атмосферы увеличивают загрязнение окон, помещений, одежды, белья, что, в конечном счете, сказывается на состоянии здоровья людей.

Влияние на растения

Пыль закупоривает поры листьев, затрудняет процесс фотосинтеза. Листья желтеют, покрываются пятнами, задерживается рост деревьев, они легко погибают от вредителей и бо­лезней. С гибелью зеленых насаждений перестает действовать фильтр, очищающий воздух, так как на листьях и стволах осаждаются взвешенные частицы и газообразные примеси. Снижается роль зеленых насаждений как источника кислорода и фитонцидов, ослабляется их ветрозащитное действие. В пригородных хозяйствах крупных промышленных центров урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность животноводства снижены.

Особенно чувствительны к вредному воздействию некоторые мхи и лишайники, а также фруктовые и хвойные породы деревьев.

Негативное влияние на состояние здоровья человека.

Согласно данным многих исследований установлено, что загрязнения атмосферы оказывают непосредственное влияние на здоровье людей. Ежегодно в мире примерно 3,7 миллионов человек умирает из-за загрязнения атмосферного воздуха. Общее количество смертей, связанных с воздействием загрязненного воздуха как в помещениях, так и в атмосфере, достигает 7 миллионов в год. По данным Международного агентства по изучению рака ВОЗ, загрязнение воздуха является главной причиной возникновения онкологических заболеваний. Увеличивается количество количество кожных заболеваний, заболеваний слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, резко обостряются различные хронические заболевания и т.д.

Неблагоприятное действие на организм загрязнителей атмосферного воздуха проявляется также в накоплении некоторых веществ (свинец, кадмий и др.) в костях и тканях организма, что может привести к развитию хронических отравлений у населения, проживающего вблизи источников выброса в атмосферу этих соединений

Длительное действие малых концентраций токсичных веществ может провоцировать обострения хронических заболеваний бронхолегочной системы, укорачивать ремиссии, повышать частоту осложнений.

Загрязнение атмосферного воздуха способствует снижению иммунитета, ухудшению показателей физического развития детей, повышению общей заболеваемости населения.

Влияние атмосферных загрязнений на состояние здоровья населения подтверждается многочисленными статистическими данными.

Лабораторная работа

«Изучение загрязнения атмосферы по анализу проб снега».

Снег — форма атмосферных осадков, состоящая из мелких кристаллов льда. Снег является одним из непременных атрибутов зимы. Он образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них — новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок. Белый цвет происходит от заключенного в снежинке воздуха. Свет всех возможных частот отражается на поверхностях между кристаллами и воздухом и рассеивается. Снежинки на 95% состоят из воздуха, что обусловливает низкую плотность и сравнительно медленную скорость падения (0,9 км/ч).

Выпавший на земную поверхность снег формирует снежный покров – уникальный слой, способный охарактеризовать содержание загрязнителей в атмосферных осадках, накапливающихся в толще снега в течение зимнего периода.

Снежный покров является также эффективным индикатором процессов закисления природных сред.

Загрязнение снежного покрова происходит в 2 этапа. Во — первых это загрязнение снежинок во время их образования в облаке и выпадения на местность — влажное выпадение загрязняющих веществ со снегом. Во-вторых, это загрязнение уже выпавшего снега в результате сухого выпадения загрязняющих веществ из атмосферы, а также их поступления из подстилающих почв и  горных пород.

За зиму снег, как хорошая губка, впитывает в себя и удерживает многие загрязняющие вещества из воздуха. Все это постепенно оседает на снег, фиксируется, как бы оставляя химическую летопись зимы.

Проанализировав обычный снег можно с уверенностью говорить о чистоте атмосферного воздуха в данном районе, так как снег аккумулирует все вредные вещества, попадаемые на почву из атмосферы в виде осадков.

2.1. Описание площадок исследования

Площадка №1 Территория около леса.

Площадка №2 Автомобильная дорога – обочина.

Площадка № 3. Территория школы.

Методика определения физических свойств талого снега .

1.  Цвет. Это один из показателей состояния воды. для определения цвета воды берётся стеклянный цилиндр и лист белой бумаги. . Качественная оценка цветности воды проводится путем сравнения ее с дистиллированной водой на фоне листа белой бумаги (голубоватая, бесцветная, светло серая, желтая, коричневая и т. д.). В норме вода должна быть бесцветной, наличие цвета показывает, что вода загрязнена какими-либо примесями.

2.  Прозрачность. 1) Для определения прозрачности проба талой воды наливается в стеклянный цилиндр, диаметром 3 см и высотой 30 см и через этот цилиндр просматривается печатный шрифт на листе бумаги. Регулируя высоту воды в цилиндре определяется, через какой слой воды хорошо виден шрифт. Для контроля делается проба с дистиллированной водой.

2) Для определения прозрачности проб талой воды в прозрачную емкость наливается определённое количество воды, через которую просматривается печатный текст, напечатанный жирным шрифтом № 14

Исследуемая вода может быть прозрачной, слабо мутной, сильно мутной.

(Перед исследованием воду необходимо взболтать. Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц в воде и определяется высотой столба воды в цилиндре в сантиметрах, через которую начинают читаться буквы).

3.  Запах. Для определения запаха талая вода наливается в коническую колбу (объём 250 мл), колба закрывается пробкой, встряхивается, затем колба открывается и быстро определяется характер запаха. Интенсивность запаха оценивается по пятибалльной системе: 0 – нет запаха; 1 – очень слабый; 2 – слабый; 3 – заметный; 4 – отчётливый; 5 – очень сильный.

Таблица 1. Интенсивность запаха воды.

4.  Осадок. Наличие осадка определяется суточным отстаиванием воды. если осадок образуется, то он может быть хлопьевидным, плотным, в виде песка, глинистым, похожим на землю, кристаллическим и т. д.

5.  Определение кислотности талой воды (рН). 

Подключить датчик РН к компьютеру. Запустить программу Releon. Запустить сбор данных кнопкой «Пуск». Измерить рН раствора погружая щуп в воду.

Оксиды неметаллов, содержащиеся в атмосфере, такие как оксиды серы, азота, углекислый газ, соединяясь с водой, образуют кислоты. Поэтому выпадающие осадки часто бывают кислотными. Они губительно действуют на все живое.

Оптимальный показатель pH питьевой воды 7-7,5. Снеговая вода может нести и много специфической информации о загрязнении. В обычно незагрязненном состоянии он изменяется от 5,5 до 5,8.

Вблизи металлургических заводов, около ТЭЦ, котельных рН, как правило, имеет более высокие значения, то есть обозначает слабощелочную или щелочную среду, что связано с выпадением зольных частиц, содержащих соединения гидрокарбонатов калия, кальция, магния, повышающих рН снеговой воды. Вблизи автомобильных трасс, а также в местах выбросов промпредприятиями продуктов сгорания с преобладанием оксидов серы, азоты, углерода рН снегового покрова уменьшается, что свидетельствует о «подкислении» осадков.

6.  Определение взвешенных частиц (твёрдых примесей).

·  Для определения взвешенных частиц необходимо взять одинаковый объём снеговой воды. Взвесить сухие бумажные фильтры (mф). Профильтровать снеговую воду, объёмом 1л. (Выведение остатков из ёмкости проводится ополаскиванием её фильтратом и резким опрокидыванием.) Фильтры высушить при комнатной температуре в течение суток, взвесить их, результаты записать (mс).

·  Рассчитать величину атмосферных выпадений по фильтрам:

m= mс - mф,

где m - масса осадка, m с - масса фильтра с осадком, mф - масса фильтра.

Полученные данные занести в таблицу

Анализ результатов работы

Проведение исследования снеговой воды в разных местах позволило провести сравнительный анализ загрязненности окружающей среды.

- Наиболее чистой талой водой без осадка и без явного запаха оказалась проба № 1 (лесопарк), вероятнее всего из-за удалённости этого места от села.

- В пробе №3 школа) по сравнению с другими пробами относительно хорошая по своим показателям. Вода светло-коричневого цвета с частицами песка.

-Самой загрязненной оказалась проба № 2 (дорога) вода после оттаявшего снега мутная и темно-коричневая. Также наблюдаются песчинки и осадок на дне банки. В банке обозначился контур на уровне воды в виде темного ободка и на поверхности пениться и пахнет бензином

Меры защиты атмосферы от загрязнений

Загрязненный атмосферный воздух обладает способностью к самоочищению различными естественными способами: разбавлением, осаждением, химическими реакциями, вымывани­ем атмосферными осадками и поглощением зелеными насаждениями.

Снижение концентраций загрязнителей воздуха путем разбавления происходит при ветреной погоде. Быстрее оседают из воздуха тяжелые твердые частицы воды и пыли. Атмосферные осадки в виде дождя и снега удаляют из воздуха как твердые, так и газообразные виды загрязнителей. Зеленые насаждения не только механически задерживают пыль, но и способны поглощать некоторые газообразные примеси.

Поскольку процессы самоочищения идут сравнительно медленно и при современных темпах загрязнений не могут обеспечить достаточную эффективность очистки воздушной среды, требуются специальные меры охраны чистоты атмосферного воздуха.

Эти меры разделяются на:

законодательные,

планировочные,

технологические и

санитарно-технические.

Законодательные мероприятия 

Статья 20 Федерального закона "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" (1999) гласит: "Атмосферный воздух в городских и сельских поселениях, на территориях промышленных организаций, а также воздух в рабочих зонах производственных помещений, жилых и других помещениях не должен оказывать вредное воздействие на человека".

Для общей ориентировки и проведения гигиенических мероприятий по снижению загрязненности атмосферного воздуха разработаны и законодательно установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих компонентов в воздушной среде. ПДК - это концентрации, которые не оказывают на человека ни прямого, ни косвен­ного вредного и неприятного действия, не снижают его трудоспособности, не влияют отрицательно на его самочувствие и настроение.

Планировочные мероприятия включают:

1) зонирование территории населенных пунктов с учетом розы ветров;

2) благоустройство населенных пунктов для борьбы с пылью (озеленение, обводнение, замощение и асфальтирование улиц);

3) организация санитарно-защитных зон,

4) укрупнение отопительных систем (за счет ликвидации мелких домовых котельных)

К технологическим мероприятиям относится:

1) замена топлива на более безопасное для окружающей среды (газификация и электрификация);

2) замена вредных веществ, используемых в производстве на безвредные;

3) предварительная очистка сырья от вредных примесей;

4) Внедрение непрерывных технологий

6) Рационализация процессов сжигания;

К санитарно-техническим мероприятиям относят устройство различных пыле-, золо-, газоулавливателей. К таким очистным устройствам, устанавливаемым обычно в трубах на пути выбросов в атмосферу, относят следующие:

-тканевые фильтры,

- электрические фильтры - улавливают до 96-98 % пыли.

Для уменьшения загрязнения воздуха выбросами автомобильного транспорта рекомендуется благоустройство дорог, строительство подземных (или надземных) пешеходных переходов, строительство разноуровневых транспортных развязок. Наибольший экологический эффект будет получен, естественно, при переводе автомобилей на электрические двигатели - создание электромобилей.

Учитель: Уже через несколько лет мы все рискуем оказаться в незнакомом и пугающем мире.

Задумайтесь над этим! Возможно, в будущем вы тоже сможете внести какой-либо позитивный вклад в решение данных проблем.