Исследовательская работа

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

Филиал Комаричской средней общеобразовательной  школы №1 в населённом пункте села Быхово

Российский национальный конкурс водных проектов старшеклассников

Исследовательская работа

на тему: «ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНЫХ ОСАДКОВ НА ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ»

Выполнила ученица 9-го класса МБОУ филиала Комаричской СОШ      №1 в н.п.с.Быхово.

Дроздова Олеся

Научный руководитель:

Учитель географии МБОУ филиала Комаричской СОШ №1 в н.п.с.Быхово.

Викарная Светлана Ивановна

        Брянская область Комаричский район село Быхово-2013

Содержание:

Введение

          Актуальность изучения данной темы непосредственно связана с все более ухудшающейся экологической ситуацией, как в нашей стране, так и непосредственно во всем мире. Ещё несколько лет назад выражения «кислотные осадки» и «кислотные дожди» были известны лишь исключительно ученым, посвященным в определенных, специализированных областях экологии и химии атмосферы. Кислотные осадки являются проблемой, которая в случае ее бесконтрольного развития, может вызвать в результате существенные экономические и социальные проблемы.

Целью моей работы является исследование кислотности атмосферных осадков, и их влияние на водные экосистемы на территории села Быхово.

          Задачи исследовательской работы:

•    Изучить литературу, используя разные источники информации о причинах образования     кислотных осадков.
• Установить  такие  характеристики, как прозрачность, запах, наличие осадка, химический  состав  талого снега и воды из прируслового пруда на реке Воробьёвке.
• Сравнить данные пробы с результатами анализа Центра эпидемиологии в  Брянской области  - воды 2 категории прируслового пруда на реке Воробьёвки за  2011-2013гг.
• Дать анализ результатов исследуемых осадков и их воздействия на экологическое  состояние прируслового прудана реке на Воробьёке.

     Методы использованные в работе: теоретический анализ, сравнительный, количественный химический анализ, наблюдение, исследование.

            По результатам исследования твёрдых атмосферных осадков на территории села Быхово и сравнении с результатами анализа  вод  открытого водоёма  прируслового пруда на реке Воробьёвке можно сделать вывод, что экологическое состояние водных экосистем обусловлено химическим составом атмосферных осадков, антропогенной нагрузкой на исследуемую территорию. Кислотные дожди оказывают пагубное влияние на водные экосистемы села. Для борьбы с кислотными осадками необходимо направить усилия на сокращения выбросов кислотообразующих веществ в атмосферу. В очистке вод можно использовать некоторые растения и животных, которые являются живыми фильтрами. Кроме того, если мы будем забирать у природы очень много воды, то наши водоемы обмелеют, и могут совсем исчезнуть. Поэтому, надо не только беречь воду от загрязнения, но и экономно её расходовать, запрещать спускать в водоемы загрязненную воду, захламлять берега мусором.

1. Образование кислотных дождей

                Дождевая капля содержит целый набор кислот, а также ионы аммония, железа, натрия, кальция, марганца, магния. Чтобы понять, как собирается такой химический букет, надо вспомнить, как образуется облако. Вообще небо Земли постоянно более чем наполовину закрыто облаками. Все они живут примерно час, потом 85% облаков рассасывается, а остальные выпадают в виде осадков. Если облако попадает в зону с меньшей влажностью или более высокой температурой, то никакого дождя не будет: капли испарятся и облако, теперь уже газовое, будет двигаться дальше. Так, испаряясь и конденсируясь снова, облако может перемещаться на очень большие расстояния, до 2000 км. Поэтому облако, родившееся в одной стране, может выпасть кислотным дождем в   другой, которая достаточно далека от места загрязнения. Это и называется трансграничным переносом: облако образуется где-нибудь в Германии, а выпадает на Швецию или Данию, образуется в США, а озера гибнут в Канаде. Рассмотрим как образуется облако (основная часть облаков расположена в тропосфере, на высоте 1 - 5 км). Пары воды поднимаются вверх, в область все более низких температур (температура с высотой уменьшается 6оС на километр), и поначалу ненасыщенный водяной пар наверху становится насыщенным. В этом состоянии он должен сконденсироваться, то есть превратиться в каплю, но этого не происходит, поскольку капле нужен центр конденсации. Над поверхностью океана, там, где больше всего и образуется облаков, центрами конденсации служат кристаллики соли (NаСL). Они появляются из-за того, что ветер подхватывает с поверхности капли морской воды, высушивает их, и образовавшиеся кристаллики соли поднимаются вверх. А соль - гидрофильное соединение, на котором охотно оседает вода, то есть конденсируется. Капелька быстро растет и через пять минут уже достигает размера 10 микрон. Это устойчивый размер существования водяной капли, и именно в этом состоянии она живет около часа. Так происходит над океаном, в морской, или так называемой фоновой, атмосфере. А если облака образуются над индустриальной зоной, то капля образуется также, только центрами конденсации служат другие аэрозольные частички, например оксиды железа и марганца. Их выбрасывают в воздух промышленные предприятия, например тепловые электростанции, работающие на угле или мазуте. В топке железоорганические и марганецорганические соединения, содержащиеся в угле или нефти, сгорают и вылетают в атмосферу в виде прокаленных, полностью обезвоженных оксидов. Такие прокаленные оксиды тоже гидрофильны и поэтому служат центрами конденсации для облачных капель. Вот почему в дожде находят ионы железа и марганца, в достаточно больших концентрациях (до 10-4 моль/л и 10-6  моль/л соответственно). А еще – ионы кальция, магния, аммония.  Аммоний растворяется и тем быстрее, чем кислее капля (аммиак при этом превращается в NH+4), а кальций, магний, кремний - частички пыли отчасти природного, а отчасти антропогенного происхождения.

             При использовании аэрозольных баллончиков с неэкологичными репеллентами в атмосферу попадает хлороводород, а при выращивании риса и добыче нефти – метан, которые, вступая в реакцию с дождевой влагой, также являются причиной возникновения кислотных дождей.

Рис.1. Механизм образования кислотных осадков

              Выпадение кислотных соединений. Как уже отмечалось, основными кислотообразующими соединениями в атмосфере являются соединения серы и азота. Среднегодовая интенсивность выпадения соединений серы и азота на всей территории РФ фиксируется путем измерения их содержания в снежном покрове весной. Влияние выпадения кислых дождей на растения, почвы, архитектурные и другие наземные сооружения наблюдается повсеместно. Кислотные дожди являются результатом процесса самоочищения атмосферы. Предполагаемый механизм этого процесса таков: крошечные капли воды облаков непрерывно захватывают взвешенные частицы и растворимые газообразные микрозагрязнители. При движении дождевых потоков из облаков в направлении к поверхности земли из атмосферы вымываются содержащиеся в ней примеси оксидов серы и азота, которые образуют соединения - серную и азотную кислоты.

2.Методы определения физических свойств талого снега и вод прируслового пруда на реке Воробьёвке.

          Для определения прозрачности проб талой воды в стеклянный цилиндр диаметром 3см, высотой 30см наливается определенное количество воды, через которую просматривается шрифт (печатный текст). Можно 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 пятибальной системе (Таблицы 1- 2. Приложение 1).

             Качественную оценку цветности воды  проводят путем сравнения ее с дистиллированной водой, на фоне листа белой бумаги сравнить наблюдаемый цвет (бесцветная, светло-бурая, желтоватая, серая, мутная и т. д. ).

Методика определения химических свойств талого снега

           Определение кислотности.

Для определения реакции водной среды талого снега необходим универсальный индикатор, полоску которого необходимо смочить в пробе и сравнить цвет со 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.

В одну пробирку наливают 5 мл дистиллированной воды, в три  других  – исследуемую воду. В каждую пробирку прибавляют по капле 5% 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: PbI2 + 2I- = PbI2 v

Расчитать данные по формуле C=a/V; ге а- кол-во кристалов по шкале делений, V-обьём взятой воды на аналз.

             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 SO42- (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+ + SO42- = BaSO4 v

( рис. 4-5. Приложение 3)

• слабая муть – 1-10 мг/л,
• сильная муть – 10-50 мг/л,
• хлопья – 50-100 мг/л,
• белый творожистый осадок > 100 мг/л.

             Определение аммиака и ионов аммония.

Предельно допустимая концентрация ( ПДК ) аммиака и ионов аммония в воде -2 мг/л по азоту, или 2,6 мг/л в виде иона аммония определяется с помощью реактива Неслера. В пробирку диаметром 13-14мм налить 10мм исследуемой воды, прибавить 0.2мл реактива Неслера. Через 10-15 минут определить окрашивание по Таблице 3. (Приложение 1

3.Физико-географическая характеристика села Быхово  Комаричского района Брянской области.

              Село находится в Комаричском районе Брянской области в117 км от областного центра города Брянска, в 17 км от трассы федерального значения Москва-Киев, в 7 км на восток от посёлка Комаричи

             Пробоотбор проводился  с 15 ноября по 29 ноября  2013 г.

             Прирусловой пруд ( плотинного типа) из которого была взята проба воды № 1 для исследования, находится в Комаричском районе на территории села Быхово. Пруд по водному балансу стоково – приточный, питающийся притоками вод с водосбора и отдающий сток в реку Воробьёвку. Водоём питается как атмосферными, так и грунтовыми водами. На более широкой части русла реки  построено ГТС.

             Отбор проб снега проводился на территории села Быхово. Проба снега №2 была взята на территории школы, проба № 3  была взята  в 200м от школы.

( рис. 2-3 Приложение 3)

                           4.Анализ результатов исследования .

              Прозрачность воды  в пробе №1 составила 3 см. Такая вода считается мутной, что свидетельствует о её загрязнении ( при фильтровании воды на бумажном фильтре остались частицы глины, песка и ила), Запах обращает на себя внимание
и заставляет воздержаться от питья. В двух других пробах талый снег без запаха, прозрачный, с присутствием механического осадка. Такая вода соответствует для хозяйственно – бытового использования. Пресноводные бассейны с рН 3,7— 4,7 считаются кислыми. Большинство пресноводных рыб выдерживает рН от 5 до 9. Если рН меньше 5, наблюдается массовая гибель рыб, а выше 10 — погибают все рыбы и другие животные.

              Проанализировав данные таблицы 5 и таблицы  6 можно предположить, что кислотность вод прируслового пруда на реке Воробьёвке  по водородному показателю рН  повышается  в осеннее  и зминее время года, при выподении кислотных осадков, а также из - за поадание грунтовых вод с полей  обладающих повышенной кислотностью.  

      Вода является хорошим растворителем минеральных веществ, которые также придают ей определенные кислотные свойства. В настоящее время содержание хлоридов и сульфатов не превышает норму и  вода из водоёма пригодна для хозяйственно-бытового использования. За последний 2013 год содержание ионов хлоридов возрасло примерно на 0.8 мг/дм3, сульфатов 0.1 мг/дм3 по сравнению с 2011годом. Также  в пробе  № 1 и№3 было обнаружено небольшое содержание  ионов свинца С1= 0.2мл/ 5мл=0.004мл, С3= 0.1мл/ 5мл=0.002мл что обьясняется соседством с автодорогой, которая находится в 500 метрах от места взятия пробы. Действие ионов тяжелых металлов вначале поглощают водные растения. Далее по цепочкам питания они поступают к растительноядным животным, а затем концентрируются  в водоеме. В прируссловом пруде наличие ионов свинца не вызывает опасения так как их содержание незначительно и соответствует ПДК. В пробе воды №1 взятой из прируслового пруда произошло счезновение окраски перманганата калия,  что указывает на присутствие в ней органических веществ, (возможно это пестициды вымывающиеся с полей в осене-весенний период), в пробах воды№ 2-3 органических веществ не обнаруженно –это благоприятный показатель качества осадков.

                                                                           Вывод

                В последние годы наблюдается тенденция увеличения выбросов в воздушные бассейны сел загрязняющих веществ. Атмосфера претерпевает огромные изменения в связи с хозяйственной деятельностью человека: работа промышленных и энергетических предприятий, работа автотранспорта, сказываются на качестве атмосферных осадков.  Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу – это  осадки в виде дождя и снега. Снежные хлопья и дождевые капли захватывают примеси и выводят их из атмосферы. Таким образом, осадки приводят к уменьшению концентрации загрязняющих веществ в воздухе. Снежные хлопья за счет большой поверхности адсорбции являются лучшими очистителями атмосферы. Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. При таянии снежного покрова примеси загрязняют водоемы. На образование и выпадение кислотных осадков, оказывает влияние хозяйственная деятельность, автотранспорта, а так же  воздушные массы перемещающиеся из крупнейших  промышленных центров Центральной Росссии и Европы.

          На территории села Быхово Комаричского района кислотность снеговой воды находится  в пределах  ПДК. Кислотные дожди оказывают пагубное влияние на водные экосистемы вызывая в весенний и осенний период слабое  закислённие водоёмов, что может  негативно сказаться на  дыхании, питании, росте и развитии водных растений и животных. Одновременно усиливая отрицательные воздействия  на организм человека.  

                Природная вода обладает способностью к самоочищению под влиянием естественных факторов: вымораживания, солнечного света, атмосферных газов, жизнедеятельности организмов – бактерий, грибов, зеленых растений, водных животных. Поэтому в летнее время года кислотность воды в прирусловом пруде на реке Воробьёвке приходит в норму т.е имеет слабо-щелочную среду. В очистке вод важное место занимает использование некоторых растений и животных, которые являются живыми фильтрами. Например, растение водный гиацинт поглощает ядовитые вещества, используемые человеком для борьбы с вредными насекомым. Камыш очищает воду от болезнетворных бактерий, излишек солей, отходов нефти. Хорошо очищает воду осока, рогоз, хвощ болотный, хлорелла. Животные-фильтры (беззубка, перловица) прогоняют через себя за сутки до 30 литров воды.

           Следовательно, чтобы водные экосистемы не страдали от загрязнений необходимо запрещать спускать в водоемы загрязненную воду, вырубать леса вокруг водоемов, захламлять берега мусором. Кроме того, если мы будем забирать у природы очень много воды, то наши водоемы обмелеют, и могут совсем исчезнуть. Поэтому то, надо не только беречь воду от загрязнения, но и экономно её расходовать. Для борьбы с кислотными осадками необходимо направить усилия на сокращения выбросов кислотообразующих веществ в атмосферу.

.

Литература

1. Бажин Н.И. Кислотные дожди//Соровский образовательный журнал.-2001.-№7.-с.47

2. География Брянской области.-Учебн.Пособие для учит.и уч-ся 9 кл./Под редЛ.М.Ахромеева. – Издат.Товарищество «Дебрянск», Брянск.ВсеросийскогоДО «Книга», 1995 -34 с.

3.Израэль Ю.А.,НазаровИ.М.,ПрессманА.Я.идр Кислотные дожди.Л.: Гидрометеоиздат 1983.

4.Охрана водных ресурсов/ Бородавченко И.И.,.Зарубаев Н.В., Васильев Ю.С. и др.- М.: Колос,1979

5.Химия. 9 класс: сборник элективных курсов.Вып.3 / авт.-сост. Морозов В.Е.- Волгоград: Учитель, 2007.- 121с.

6.http://window.edu.ru/resource/515/70515/files/eco_vod_rast.pdf

7.http://www.aquaexpert.ru/

Приложение 1

Таблица.1 Пятибалльная система определения интенсивности запаха

Таблица2. Определение характера запаха

Таблица 3.Оринтировочное суммарное содержание аммиака и ионов аммония в      воде

Приложение 2

Таблица4. Результаты определения физических свойств воды из прируслового пруда и талого снег

Таблица 5. Результаты химического анализа исследуемой воды

Приложение 3

Таблица 6. Результаты анализа Центра гигиены и эпидемологии в Брянской области

вода 2 категории прируслового пруда на реке  Воробьёвке в селе Быхово за 2011-2013гг.

                                 Рис.    2                                        рис.3

           Отбор проб твёрдых осадков для исследования   на кислотность          

Рис.4 Определение сульфат ионов                   рис.6.  Определение сульфат ионов пробае № 5