Исследовательская работа Тайны городского снега

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………3

Основная часть

1. Материалы и методы исследования………………………………………5

1.1. Материалы исследования…..………………………………5

1.2. Методика отбора проб снега…………………………………………………………5

1.3. Методика определения физических свойств талого снега и результат…5

1.4. Методика определения химических свойств талого снега .6

2. Результаты и их обсуждение..…….......……………………………………………8

Выводы……………………………………………………………….........10

Литература…………………………………………………11

Приложение………………………………………………………………12

ВВЕДЕНИЕ

Круговорот воды в природе осуществляется за счет ее испарения и осаждения в виде атмосферных осадков (снега, дождя, града). При этом в атмосферу попадают сотни веществ, которые ранее отсутствовали в природе. Это атмосферные загрязнители – сернистый газ, оксиды азота, оксид углерода (угарный газ), хлор, формальдегид. В некоторых случаях из двух или нескольких относительно неопасных веществ, выброшенных в атмосферу, под влиянием солнечного света могут образоваться ядовитые соединения.

Снег очищает атмосферу от механических и химических загрязнений. После снегопада над городами пропадает смог, а это кислотные пары, выхлопные газы, аэрозоли и радионуклиды в различных формах. Правда, растениям, в отличие от нас, этот факт радости не прибавляет. Дело в том, что, тая весной, снег отдает все адсорбированные загрязнения в землю через талую воду. Главные источники загрязнения – тепловые электростанции, нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт. Менее опасны станции, работающие на газе, более – на угле. [2,4].

Средняя продолжительность снежного покрова в нашей местности составляет более 6 месяцев. Он появляется преимущественно в начале октября, а начинает разрушаться в середине марта. Для того чтобы определить уровень загрязнения снежного покрова от источников загрязнения на территории села Дактуй, мы решили провести органолептический и химический анализ талого снега.

Данная тема исследования является актуальной для населения по многому ряду причин:

• учащиеся могут расширить свои знания о свойствах воды в природе;

• понимать, где необходимо заниматься строительством, лесопосадками, приусадебным хозяйством.

Проблема исследования: определение качественного состава талого снега.

Объект исследования: талый снег.

Предмет исследования: органолептические и химические свойства талого снега.

Цель исследования: выявить уровень загрязнения снежного покрова от передвижных и стационарных источников загрязнения.

Задачи исследования:

• изучить специальную литературу по теме исследования;

• провести анализ талого снега по органолептическим и химическим показателям;

• выявить уровень загрязнения среды от источников загрязнения.

Гипотеза исследования: выпавший за зиму снег удерживает многие загрязняющие вещества.

Этапы работы:

Методы исследования:

• теоретические: анализ, синтез, сравнение, обобщение;

• практические: наблюдение, эксперимент.

Работа проводилась по методике А.С.Боголюбова и методике, описанной в учебно-методическом пособии под ред. Т.Я. Ашихминой.

Время проведения: февраль 2011 г.

1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Материалы исследования

В зависимости от источника загрязнения и его удаленности изменяется состав снежного покрова, поэтому были взяты пробы снега на анализ с разных участков на территории села Дактуй:

Площадка № 1 – в 5 метрах от котельной, работающей на угле;

Площадка № 2 – насыпь в 5 метрах от железнодорожного полотна;

Площадка № 3 – насыпь в 5 метрах от автодороги;

Площадка № 4 – в 50 метрах от школы; /школа находится от источников загрязнения на расстоянии 50 метров/

Площадка № 5 – на расстоянии 1 километрам от села /лес/.

Для контроля взяли чистую дистиллированную воду.

1.2. Методика отбора проб снега

Отбор проб снега в данной работе не является основным, а используется лишь для сравнения органолептического и химического состава талой воды с другими источниками воды.

Процедура отбора снега для анализов имеет свои особенности.

Чтобы данные были достоверными, в одном месте отбирают три пробы. Это делается следующим образом:

• Выбирается площадка для отбора проб, на которой можно построить треугольник со сторонами не менее 10 м (10-30 м).

• В вершинах этого треугольника размечаются квадраты со сторонами 1 м. Получается 3 таких квадрата.

• Снег собирается методом "конверта" в этих квадратах, т.е. пробы берут по углам квадрата (4 шт.) и в центре квадрата. Всего отбирают 5 проб с каждого квадрата, которые объединяют и используют для одного определения. Три квадрата в вершинах треугольника дают 15 проб, по 5 для каждого измерения.

• Снег берется почти на всю глубину залегания. Это делается для того, чтобы суммировать все загрязнения, накопившиеся за сезон в снегу. Снег отбирается либо цилиндром, либо лопатой или совком.

Все 15 проб складываются в чистый полиэтиленовый пакет. Следует иметь в виду, что объем собранного снега должен быть большим, учитывая, что когда снег растает, его объем уменьшится примерно в 10 раз. Поэтому, чтобы получить, например, 1 литр талой воды надо собрать около 10 литров снега (примерно ведро). [1]

1.3.Методика определения органолептических показателей талого снега /воды/

Для определения прозрачности проб талой воды в стеклянный цилиндр диаметром 3 см высотой 30 см наливается определенное количество воды, через которую просматривается шрифт (печатный текст). Сравнить каждую пробу с контрольным образцом – дистиллированной водой. Вода может быть прозрачной, слабо мутной, сильно мутной. Перед замером воду необходимо взболтать. Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения и определяется высотой столба воды в цилиндре, сквозь который начинают читаться буквы.

Для определения запаха в чистую широкогорлую колбу объемом 100 мл наливают исследуемую воду на 2/3 объема, прикрывают стеклышком, осторожно взбалтывают. Затем, сдвинув с колбы стеклышко, определяют запах воды. Интенсивность запаха воды (при 20° С не должна превышать двух баллов) определяем по пятибалльной системе таблицу 1, 2.

/см. приложение 1/

Содержание взвешенных частиц. Определяется фильтрованием воды через бумажный фильтр и последующим высушиванием осадка в сушильном шкафу до постоянной массы. Содержание взвешенных частиц (в мг/л) в испытуемой воде определяется по формуле: (M1-M 2) х 1000 / V, где М1 - масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц (г), М2 - масса бумажного фильтра (г), V - объем воды для анализа, в литрах. [3]

1.4.Методика определения химических свойств талого снега

Определение кислотности.

Для определения реакции водной среды талого снега необходим универсальный индикатор, полоску которого нужно смочить в пробе и сравнить цвет со стандартной шкалой pH. Снег может иметь, как кислую, так и щелочную реакцию, в зависимости от преобладания тех или иных загрязняющих веществ. Если в снег попадают основания различных кислот, он приобретает кислотную реакцию. Присутствие соединений металлов, ароматических углеводородов защелачивает снег.

Обнаружение органических веществ.

Признаки наличия органических веществ:

• радужная плёнка на поверхности воды;

• масляное пятно на фильтровальной бумаге после высыхания;

• обесцвечивание подкисленного раствора перманганата калия.

В одну пробирку наливают 5 мл дистиллированной воды, в другую – исследуемую воду. В каждую пробирку прибавляют по капле 5% раствор перманганата калия КМnО₄. В пробирке с дистиллированной водой окраска сохранится. Исчезновение окраски в исследуемой воде указывает на присутствие в ней органических веществ (иногда неорганических восстановителей).

Определение ионов свинца Pb²⁺ (качественное).

Иодид калия (KI) дает в растворе с ионами свинца характерный осадок йодида свинца PbI₂. Исследования производятся следующим образом. К 5 мл испытуемого раствора прибавить немного KI, после чего, добавив уксусной кислоты CH₃COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего, мало характерного желтого осадка PbI₂. Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI₂ выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов: Pb²⁺ +2I^- . = PbI₂

Определение ионов меди Cu²⁺ (качественное).

В фарфоровую чашку поместить 3-5 мл исследуемого талого снега, выпарить досуха, затем прибавить 1 каплю концентрированного раствора аммиака NH₃. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о появлении меди: Cu²⁺ + 4NH₄ОН = [Cu(NH₃)₄]²⁺ +4H₂O

Определение ионов хлора Cl- (качественное).

К 5 мл талого снега добавить 3 капли 10% раствора нитрата серебра AgNO₃, подкисленного азотной кислотой HNO₃. Образуется осадок или муть: Ag⁺ + Cl^- = AgCl

• слабая муть – 1-10 мг/л,

• сильная муть – 10-50 мг/л,

• хлопья – 50-100 мг/л,

• белый творожистый осадок 100 мг/л.

Определение сульфат ионов SO₄^2- (качественное).

К 5 мл талого снега добавить 4 капли 10% раствора соляной кислоты HCl и 4 капли 5% раствора хлорида бария BaCl₂. Образуется осадок или муть: Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄

• слабая муть – 1-10 мг/л,

• сильная муть – 10-50 мг/л,

• хлопья – 50-100 мг/л,

белый творожистый осадок 100 мг/л. [1, 3, 4]

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты определения органолептических показателей талого снега /воды/

Анализ органолептических показателей проб талого снега показал /таблица 3/, что наиболее близки к дистиллированной воде по прозрачности и запаху пробы на площадках № 4: в 50 метрах от школы и № 5 на расстоянии 1 километрам от села /лес/; механический осадок присутствует в пробах № 1-4, особенно велик в пробе №2 - насыпь в 5 метрах от железнодорожного полотна - 0,634 мг/л. Это можно объяснить выбросами, которые осуществляет подвижной железнодорожный транспорт при перевозке грузов/угля, мазута/.

Таблица 3. Результаты определения органолептических показателей талого снега /воды/

Результаты химического анализа проб талого снега /воды/

Исследование химического состава проб талого снега показали разную степень их загрязнения: /таблица 5/

• показатель величины рН в пробах № 3– насыпь в 5 метрах от автодороги; № 4- в 50 метрах от школы; № 5 -на расстоянии 1 километрам от села /лес/ составляет 5-5,6. Чистая дождевая вода и чистый снег имеют значение рН 5,6 - что несколько кислее нормы, для дистиллированной воды рН7. Это происходит потому, что в воздухе всегда содержится легко растворимый в воде углекислый газ. Соединяясь с водой, он образует угольную кислоту, которая и подкисляет атмосферные осадки;

• Вблизи железной дороги и котельной пробы снега имеют более высокие значения рН - 8 /щелочная среда/, что связано с выпадением зольных частиц, содержащих соединения, повышающие pH снеговой воды;

• в пробной площадке у котельной №1 обнаружено наличие хлорид-ионов, сульфат-ионов и ионов железа;

• в пробе №2 – насыпь железнодорожного полотна, помимо хлорид-ионов, сульфат-ионов были обнаружены органические вещества. По железной дороге перевозят большое количество грузов разного происхождения /каменный уголь, нефть и нефтепродукты, руды, строительные грузы, лесные грузы/ – значит, есть вероятность попадания загрязняющих веществ органического происхождения на снежный покров;

• Ионы свинца в пробу №3 –насыпь в 5 метрах от автодороги, попали из отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

• самой чистой оказалась проба на площадке №5 – на расстоянии 1 километрам от села /лес/.

Таблица 5. Результаты химического анализа проб талого снега /воды/

ВЫВОДЫ

На основании результатов, полученных в ходе исследования, можно сделать следующие выводы:

1. Изучена специальная литература по теме исследования;

2. Исследованы собранные образцы талого снега по органолептическим и химическим показателям;

3. Выявлены основные источники загрязнения снежного покрова на территории села:

• по показателю качества талого снега наибольшее загрязнение выявлено у таких источников как котельная, насыпь железной дороги и автодороги, наименьшее загрязнение происходит на расстоянии одного километра от села;

• наибольший уровень загрязнения происходит от передвижных источников, а именно железнодорожного транспорта.

Большинство выбросов химических веществ концентрируется в атмосфере, а затем в верхних слоях почвы. Значит чистота выпавшего снега - это здоровье всех живых организмов и человека. Именно качество снежного покрова ярко демонстрирует влияние различных источников загрязнения атмосферного воздуха на поверхности земли. Проведя анализ проб талого снега с разных участков села Дактуй, был определен наиболее загрязненный – насыпь железнодорожного полотна. В таком месте нельзя собирать в пищу ягоды, грибы и лекарственные растения - это может привести к аллергическим реакциям, пищевым отравлениям. Основываясь на результатах анализа, можно утверждать, что в целом атмосфера в селе благоприятная, особенно чистый воздух на расстоянии 1 километра от села.

Гипотеза исследования - выпавший за зиму снег удерживает многие загрязняющие вещества - подтверждена.

ЛИТЕРАТУРА

1. Простейшие методы статистической обработки результатов экологических исследований /Сост. А.С.Боголюбов - М.: Экосистема, 2001.-17 с.

1. Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. — Л.: "Химия", 1990.-732 с.

1. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/Под ред. Т. Я. Ашихминой.-М.: АГАР,2000.-385 c.

2. Чернова, Н. М. Лабораторный практикум по экологии : учеб. пособие для студентов пед. институтов по биол. спец. - М.: Просвещение, 1986.

ПРИЛОЖЕНИЕ

15