Тема: «Изучение снежного покрова на территории               станции юных натуралистов».

Еременко Анастасия,

муниципальное образовательное учреждение дополнительного образования

детей станция юных натуралистов,

учебное объединение «Зоология», 6 класс, г. Сургут

Научный руководитель: Оствальд Рената Раисовна,

педагог дополнительного образования,

муниципального бюджетного образовательного учреждения дополнительного образования детей станции юных натуралистов

г. Сургут, 2011/2012 учебный год

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение
2. Обзор литературы
3. Материалы и методики исследований

1. анализ снежного покрова
2. качественный анализ снежного покрова
3. физико-химический анализ талой воды

4. Результаты работы

1. описание снежного покрова
2. исследования качественного анализа снега
3. результаты химического анализа талой воды
4. влияние снежного покрова на  территорию станции юных натуралистов

5. Выводы
6. Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

       Снег является накопителем загрязнений, поэтому позволяет оценить степень загрязнения атмосферы за несколько месяцев. Исходя из этого объектом нашего изучения мы выбрали снеговой покров на территории станции юных натуралистов.

      Выбор данной темы изучения был не случайным. Во-первых: снег является хорошим накопителем всех веществ попавших в него. Во-вторых: исходя из полученных результатов можно давать оценку экологического состояния снега. В-третьих—можно сделать анализ загрязнителей по характеру происхождения (природные или антропогенные).

 Цель работы: изучить экологическое состояние снежного покрова на территории станции юных натуралистов и возле ближайшей дороги; выяснить причины и характер загрязнений снега, по результатам работы сделать вывод о чистоте снега возле станции юных натуралистов.

    Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. сбор и изучение теоретического материала о строении, составе и свойствах снега;
2. изучение и разработка методик исследований с учётом возможностей и особенностей станции юных натуралистов;
3. проведение физико-химического анализа снега и талой воды, используя пробы с разных площадок;
4. по результатам исследований сделать вывод об экологическом состоянии снежного покрова ;
5. на основании полученных данных выработать рекомендации по уменьшению загрязнения снега.

      Станция юных натуралистов находятся в городе Сургуте,  Тюменской области. Метеорологи считают, что в средней полосе России холодный сезон длится с конца октября до середины марта. Продолжительность холодного периода составляет 152-158 дней.

     В течение данного периода времени в атмосферу поступают различные загрязнители, которые вместе с осадками, зимой это в основном снег, выпадают на землю. Так как снег является хорошим накопителем различных веществ, то в его толще они сохраняются довольно длительное время без каких-либо изменений. 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.

      Зимний период характерен замедлением многих процессов в природе. Поэтому основными источниками загрязнения в это время является деятельность человека.

     Основным и главным источником загрязнения окружающей среды в данном населённом пункте является автомобильный транспорт.

     Сажа, соединения свинца, оксиды серы, азота, углерода и другие соединения в составе выхлопных газов от  автомобилей поднимаются в воздух, а затем оседают на поверхности снежного покрова и остаются там до начала тепла. Кроме этого зимой дороги посыпают песком во избежание гололёда. Естественно песок остаётся в толще снега до весны.

     В течение зимы вредные вещества продолжают поступать в окружающую среду, так как деятельность человека продолжается круглый год. Определить какие именно вещества поступают в атмосферу и каковы последствия их влияния на окружающую среду можно в зимний период с помощью анализа снежного покрова данной территории. Сделав анализ можно точно определить загрязнение какими веществами наиболее опасно для здоровья человека и природы. Так же можно сделать прогноз о последствиях  выбросов в атмосферу выхлопных газов и других твёрдых частиц.

     Проанализировав снег на определённой территории можно сделать вывод о чистоте и экологическом состоянии атмосферного воздуха, поверхностного слоя почвы, так как это компоненты природных экосистем. Они тесно взаимосвязаны между собой и нарушение в одном из них ведёт к нарушению деятельности всего биогеоценоза. Что в свою очередь приводит к негативным последствиям, влияющим на здоровье самого человека.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

    Важную роль во всех природных процессах на Земле играет вода, которая, по образному выражению Леонардо да Винчи, является «кровью Земли». Она является одним из важнейших компонентов жизнеобеспечения человека, непременным условием существования всего живого и наиболее чутко реагирует на изменения в природных процессах под влиянием  естественной цикличности и антропогенной деятельности.

    Вода на Земле может находится в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Вода  всегда находится в воздухе в виде невидимого газа—водяного пара. При благоприятных условиях этот пар конденсируется в маленькие капельки воды или образует кристаллики льда, которые превращаются в облака, а затем в дождь или снег. Об особенностях воды написано очень много, но целью нашей работы было выявить основные источники загрязнения снега и его влияние на природную среду.

     Снег—это замёрзшая вода, так как снежинки состоят из маленьких кристалликов льда, и поскольку свет отражающийся от их многочисленных граней, снежинки кажутся белыми, а не прозрачными.

     Снег образуется при замерзании водяного пара, содержащегося в атмосфере. Вначале появляются крошечные кристаллики, чистые и прозрачные, которые следуют за воздушными течениями. Постепенно они «приклеиваются» друг к другу, пока их не наберётся сотня или даже больше. Размеры смёрзшихся льдинок оказываются большими и они начинают медленно опускаться к земле, эти скопления льдинок—снежинки. Форма кристалликов различна: игольчатая, плоская, но у всех 6 граней.

     В некоторых регионах снег бывает красным, зелёным, голубым. Причина—бактерии, грибки, пыль содержащиеся в воздухе.

     Снег плохо проводит тепло, так как между снежинками имеются большие промежутки воздуха. Это свойство используется человеком для сохранения озимых посевов. Снежный покров как одеялом покрывает землю не давая траве и верхнему слою почвы вымерзнуть в зимнее время.

      Снег является хорошим показателем чистоты атмосферного воздуха в зимний период, так как все биоиндикаторы (растения, грибы, водоросли, животные) в данное время находятся в состоянии анабиоза и не могут выполнять данную функцию (т.е. определение чистоты воздуха и воды).

     Основным источником загрязнения атмосферы не зависимо от времени года является автотранспорт. Количество автомашин непрерывно растёт, а вместе с этим растёт валовой выброс вредных продуктов в атмосферу. Токсическими выбросами двигателей внутреннего сгорания являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. При использовании в ДВС дизельного топлива в отработавших газах содержится диоксид серы. Дизельные ДВС выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде нетоксична. Однако частицы сажи несут на своей поверхности частицы токсичных веществ, в том числе канцерогенных. Сажа может длительное время находится во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая тем самым время воздействия токсических веществ на человека.

     Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей, их грузоподъёмности, вида эксплуатации и особенно от двигателя—источника наибольшего загрязнения, (так при нарушении регулировки карбюратора выбросы СО увеличиваются в 4-5 раз).

    Применение этилированного бензина, имеющего в своём составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными его соединениями.

   Около 70% свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в атмосферу с отработавшими газами. Из них 30% оседает на снегу сразу, а 40% остаётся в атмосфере и оседает постепенно. Один грузовой автомобиль средней грузоподъёмности выделяет 2,5-3 кг свинца в год.

     Однако не только двигатель и топливная система автомобиля являются источниками загрязнения атмосферы. Каждый легковой автомобиль до полного износа рисунка протектора шин выбрасывает в окружающую среду в среднем 14,2 кг резиновой пыли, а грузовой автомобиль или автобус—92,2 кг. В состав такой резиновой пыли входят вредные вещества, которые распространяются в почве и атмосфере.

     Все эти примеси сохраняются с толще снега в течение холодного времени. С наступлением теплого периода, температура воздуха повышается, вода из твёрдого состояния переходит в жидкое. Часть токсичных веществ растворяется в воде и становятся менее ядовитыми, а те примеси, которые не взаимодействуют с водой оседают на поверхности почвы. Сюда же можно отнести и резиновую пыль от автомобильных шин, которая не реагирует с водой, но является источником соединений серы. С потоками воды данные вещества частично поступают в верхние слои почвы, а часть вымывается стоками и попадает в водоёмы и грунтовые воды. Таким образом происходит загрязнение почвы тяжёлыми металлами и  другими вредными выбросами от автомобилей и деятельности человека. Из почвы по корневым системам загрязняющие вещества попадают в надземные части растений (частично накапливаются в тканях растений и грибов), которые употребляют в пищу травоядные животные. Хищники питаются травоядными организмами, тем самым получая свою долю токсичных веществ по пищевой цепи. Так как соли тяжёлых металлов обычно накапливаются в организме, это может привести к постепенному отравлению и даже к летальному исходу живого организма , в том числе и человека.

      Одним из источников загрязнения водоёмов являются паводковые воды. При таянии снега, все примеси и токсичные вещества, находящиеся в толще снежной массы, вместе с потоками воды смываются в низины, овраги или водоёмы. Нерастворимые в воде частицы попадают в водоём и чаще всего оседают на дно. Если данные примеси неорганические (песок, глина), то они способствуют заилению водоёма и постепенному его зарастанию. Так как такие примеси чаще всего оседают на дно по краям, постепенно уменьшая площадь стока воды и образуя субстрат для заселения его живыми организмами. Примеси органического происхождения вызывают «цветение» воды, увеличивают окислительные процессы тем самым уменьшая количество кислорода в воде. Что плохо отражается на водных обитателях. Загрязнение воды тяжёлыми металлами так же приводит к негативным последствиям. По цепям питания ядовитые вещества могут, в конечном итоге, попасть в организм человека.

     Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что  изучение снежного покрова может дать точную оценку экологического состояния данной территории и сделать прогноз о возможном заражении окружающей среды токсичными веществами.

1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

1. изучение снежного покрова

цель: изучить состояние снежного покрова на пробных площадках, сделать описание внешнего состояния снега, определить его физические характеристики.

методика: выбирают пробную площадку размером 1,5Х1,5 м.  Внимательно рассмотреть внешний вид снега (цвет, вид, влажность, твёрдость). Вид и цвет устанавливают визуально. Градации цвета снега: белый, беловато-серый, серый, голубовато-серый.

Категории вида: свежевыпавший, ледяная корка, мелкозернистый,

крупнозернистый.

По влажности снег подразделяют на сухой (образует непрочные

комья, ссыпается с лопаты, большей частью рыхлый и рассыпчатый)

и влажный (очень липкий, хорошо лепится в снежок, может образовывать

крупные  шары и глыбы).

Под твёрдостью снега понимают его сопротивление вдавливанию:

очень мягкий (проникает четыре пальца), мягкий (проникает один палец),

твёрдый (проникает карандаш), очень твёрдый (проникает линейка или

лезвие ножа).

Схема описания пробной площадки

2. качественный анализ снежного покрова

цель: провести качественный анализ снежного покрова  на территории станции юных натуралистов и за её пределами; определить рН снежной воды, прозрачность, наличие твёрдых загрязнителей и солей в снеге.

     методика: для выполнения работы необходимо заранее сделать пробы снега на выбранных экспериментальных площадках. Пробы снега

необходимо отбирать пробирками (не руками). Пробы помещают

в пронумерованные пробирки. Дальнейшее изучение проводят в

лаборатории. Во время таяния снега вода находится в двух

агрегатных состояниях. Рассмотреть талую воду; отметить цвет,

прозрачность и наличие взвесей. Затем талую воду профильтровать,

описать загрязняющие вещества, которые можно обнаружить на

фильтровальной бумаге. Выпарить по несколько капель воды из каждой пробирки на покровном стекле; описать наблюдаемые осадки.                                                                                                                                                                                провести реакцию с нитратом серебра на обнаружение в талой

воде хлорид-ионов.

Показатели качества проб снега

3. физико-химический анализ талой воды

определение рН талой воды: (кислотность) показывает концентрацию

ионов водорода, определяется в отфильтрованных пробах талой

воды. Это можно сделать с помощью индикаторных растворов

или бумажных индикаторов. В норме рН 6,5—8,5.

цвет воды: определяют в пробирке, сравнивая с образцом чистой воды

при дневном освещении. Единицей цветности служат особые градусы.

Цвет чистой воды не должен превышать 40* по шкале цветности.

При отсутствии видимой окраски вода считается бесцветной. Это

Вовсе не означает, что в ней нет примесей и загрязнений, просто они

Не оказывают влияния на окраску воды.

мутность: это содержание взвешенных частиц. Её определяют при помощи фильтрования. Объём воды пропускают через бумажный фильтр и визуально оценивают количество примесей осевших на нём. Затем

фильтр высушивают. Разница в весе фильтра до фильтрования и после

показывает величину мутности воды в мг/л. Допустимая мутность

2 мг/л.

запах: для определения запаха следует налить исследуемую жидкость в пробирку, закрыть отверстие пальцем, энергично взболтать и, открыв, сразу понюхать.

Запах может ощущаться как болотный, землистый, рыбный, огуречный,

аммиачный и т.д. по интенсивности он может быть сильным, отчётливым,

слабым, очень слабым. Для чистой воды допустим слабый и очень слабый

запах.

хлорид-ионы: к 10мл пробы воды прибавляют 3-4 капли азотной кислоты (1:4) и приливают 0,5 мл раствора нитрата серебра. Белый осадок выпадает при концентрации хлорид-ионов более 100мг/л. помутнение раствора наблюдается, если концентрация хлорид-ионов более 10 мг/л, опалесценция-более1 мг/л. при добавлении раствора аммиака раствор становится прозрачным.

                                 Определение цвета воды

2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. описание снежного покрова

     Для изучения снежного покрова были определены экспериментальные площадки в разных направлениях от станции юных натуралистов. Всего заложили 4 площадок для наблюдений и взятия проб снега Площадки распределили следующим образом: 1-я—около входа на станцию; 2-я—возле экологической тропы; 3-я— возле входа со стороны теплицы; 4-я— возле забора, при входе на станцию юных натуралистов. Площадки заложили размером 1,5Х 1,5 м.

    Сначала мы рассмотрели внешний вид и состояние снега. Сразу обратили внимание на цвет и вид. Самый чистый снег оказался на площадке №2, он был пушистым, мелкозернистым, рыхлым и рассыпчатым. По твёрдости снег был мягким (проникает один палец).

    На площадке №1 снег имел цвет беловато-серый, крупнозернистый, довольно плотный и твёрдый (проникает карандаш). На поверхности покрова встречается мусор, пыль, ветки деревьев (попавшие сюда с деревьев растущих рядом со школой). Характер мусора говорит о его антропогенном происхождении, скорее всего он попал на снег из станции с «помощью» учащихся. Это например: нитки, карандаши, бумага, ручки и т.д. Особого влияния на почву такой мусор не оказывает, кроме того, как только сойдёт снег вся территория возле школы тщательно убирается и весь мусор вывозится за пределы образовательного учреждения.

        №3-я находится при входе на станцию юных натуралистов, около теплицы. Сразу было заметно, что данный снег сильно отличается от изученных ранее. Цвет снега серый, местами бледно-жёлто-сероватый. Сверху плотная ледяная корка, а под ней крупнозернистый снег. Снежки не лепятся, но твёрдость хорошая. Кроме цвета мы обратили внимание на наличие мусора, который большей частью являлся антропогенного происхождения (кроме травы и веток деревьев). Цвет снега скорее всего обусловлен примесями песка, которым посыпали дорогу во избежание гололёда. А так же выбросами от автомобилей, когда в воздух попадает много различных веществ, а затем они оседают на поверхности снега. Соответственно при таянии такого снега в почву могут попасть загрязняющие вещества.

   Площадка №4 находится при входе на станцию юных натуралистов. В данном месте снег грязный, цвет от бледно-жёлто-серого до бурого и светло-коричневого. Вид имеет крупнозернистый, в снежки не лепится, очень твёрдый (проникает только лезвие ножа). Наличие такого цвета связано скорее всего с тем, что по этой дороге очень оживлённое движение автотранспорта. В атмосферу выбрасывается большое количество выхлопных газов, содержащих различные примеси ( оксид серы, диоксид азота, угарный газ, триэтилацетат свинца и др.). Кроме автомобилей с бензиновыми двигателями здесь очень часто встречаются машины работающие на дизельном топливе. А они ещё, кроме вышеперечисленных веществ, выбрасывают в воздух сажу, которая сама не токсична, но может переносить частицы ядохимикатов.

качественный анализ

    Для определения качественного анализа снежного покрова сначала взяли пробы снега. Затем, когда снег растаял, мы определили качества талой воды. Такие как: мутность, запах, цвет. После анализа у нас получились следующие результаты.

 В пробе №1 ( площадка№1) взвешенных частиц визуально не обнаружено, но при фильтровании на фильтре осело очень малое количество примесей. Запах очень слабый. Цветность равна—20, (цвет сбоку не отмечен, цвет сверху очень слабый желтоватый). Это вполне допустимо и каких-либо вредных воздействий на человека не оказывает.

  Проба№2 (площадка№2) оказалась самой чистой. Запах не ощущается, цветность равна—0, так как цвет не отмечен ни сбоку, ни сверху. Взвешенных частиц в растворе так же не обнаружено, при фильтровании на фильтре ничего не было. Можно предположить, что примеси всё-таки есть, но мы не смогли их обнаружить.

   Проба №3 (площадка№3) имела слабо ощутимый запах. Взвешенных частиц в растворе мало, можно увидеть только после фильтрования. Поэтому мутность в пределах нормы. Цвет сбоку не отмечен, а цвет сверху очень слабый желтоватый, соответственно цветность равна—20.

      Проба №4 (площадка№4) оказалась, как мы и предполагали, самой грязной. Мутность раствора выше нормы (2 мг/л). Взвешенные частицы хорошо видны при таянии снега, после отстаивания взвесь оседает на дно. После фильтрования остаётся ещё достаточное количество грязи на фильтре. Запах воды довольно отчётливый, имеет специфический химический оттенок. Цвет раствора довольно интенсивный: сбоку—бледно-жёлтый, а сверху—жёлтый, это соответствует 150 градусам.

  Проанализировав снег по площадкам можно сказать, что количество и качество примесей на территории станции юных натуралистов не влияет на состояние здоровья учащихся. Исходя из того, что все примеси и загрязнения попадают в снег из атмосферы, можно говорить об относительной чистоте воздуха на данной территории.

2. результаты химического анализа воды

    После того как провели определение качественных характеристик талой воды мы приступили к химическому анализу оставшихся образцов растаявшего снега. Согласно методикам из каждой пробы мы взяли по несколько капель воды и подействовали ими на полоски универсального индикатора, чтобы определить рН каждого образца. А затем, для определения наличия в растворах солей, мы к каждому образцу воды прилили раствор нитрата серебра. По появлению осадка или помутнению можно судить о наличии хлорид-ионов в талой воде и соответственно в образцах снега.

   При определении кислотности воды (показателя рН) у нас получились следующие результаты: в пробах №1, №2 и №3  рН оказался в норме—6,5 единиц. Проба №4 имеет показатель рН=6 единиц. А рН в пробе №4 равен 5 единицам. Это говорит о том, что снег в образце №4 имеет кислую среду.

  Реакция пробных растворов с нитратом серебра определила, что наибольшее количество солей содержится в образце №4, меньше в пробе №3 (раствор при добавлении AgNO  еле заметно мутнеет). В образцах №1 и №2 хлорид-ионов не обнаружено.

   Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что нахождение солей в образце №4 обусловлено  выбросом от автомобилей, так и в связи с тем, что дорогу в зимний период обрабатывают смесью песка и против гололёдных реагентов.

3. влияние снежного покрова на данную территорию

   Проведя анализ снега на территории станции юных натуралистов можно говорить о непосредственном влиянии снега на природную среду. По загрязнённости снега можно судить о чистоте атмосферного воздуха в данном районе. Потому что все вещества, попадающие в воздух в зимний период в конечном итоге оседают на поверхности снега и сохраняются в нём в течение всего холодного времени года. По анализу снега можно определить какие именно вещества находятся в атмосфере и сделать прогноз об их воздействии на окружающую среду и здоровье человека. Исходя из всего этого можно сказать, что атмосферный воздух на территории станции юных натуралистов находится в норме. Вредных и опасных для здоровья учащихся примесей нет.

    Кроме того, по анализу снега и примесей находящихся в нём, можно предположить, какие вещества могут попасть в почву при таянии снега. Дело в том, что при наступлении тепла снег начинает таять. Вся грязь, находящаяся в толще снега и накапливающаяся в течении зимы, вместе с талыми водами частью просачивается в верхние слои почвы. Попадая в почву вредные вещества проникают в корни растений и накапливаются в  тканях, тем самым отравляя их. Затем эти вредные вещества передаются по пищевым цепям.

   Изучение снежного покрова даёт нам возможность определить, какие вредные вещества могут попасть в окружающую среду из-за деятельности человека именно в зимний период, так как  весной, после таяния снега резко возрастает количество ядовитых веществ в природной среде.

   Зная состав загрязнителей снега можно спрогнозировать и предупредить негативные последствия антропогенного воздействия на природу и здоровье самого человека. А так же постараться не допустить большого количества выбросов в атмосферу вредных веществ, снизив таким образом экологическую опасность в данной местности и сохранив в чистоте природную среду для будущих поколений.

    Мы не случайно выбрали данные площадки. В своей работе мы хотели провести сравнение чистоты окружающей среды на небольшом пространстве. На территории станции юных натуралистов все показатели находятся в норме.

ВЫВОДЫ:

            После проведения всех работ и обсуждения полученных результатов мы пришли к следующим выводам:

1. самым чистым участком является площадка №2, так как в зимний период здесь нет воздействия человека, а так же это место находится на расстоянии от дороги и выбросы сюда не доходят;
2. самым грязным является участок №4, т.к. он расположен непосредственно рядом с проезжей частью, все загрязняющие вещества попадая в воздух постепенно оседают на поверхности снега, превращая его тем самым в смесь ядовитых веществ;

          3.   на  территории станции юных натуралистов все показатели чистоты снега находятся в норме,  исходя из этого можно говорить об относительной чистоте атмосферы, соответственно учащиеся дышат незагрязнённым воздухом.

   4.    все вещества, попавшие в снег возле дороги весной попадут частью в почву.