Исследование свойств талой воды

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 12» г. Астрахани

Исследование свойств талой воды

Выполнили:

Баусова Анастасия

Чернышова Виктория,

ученицы 8 «А» класса

Руководитель:

Будаева Л.Н.

учитель химии

Астрахань, 2012 г.

Оглавление.

1. Аннотация                                                                                     стр. 3
2. Введение                                                                                        стр.  4 – 6
3. Экспериментальная часть                                                            стр.  7

3.1. Физические методы исследования                                       стр.  7

3.2. Химические методы исследования                                      стр.  8

1. Выявление химических загрязнителей в снеге               стр.  9

3.4. Тестирование воды SEEDKIT                                              стр.  11

3.5.  Биотестирование                                                                  стр.  15

4. Заключение                                                                                 стр.  18
5. Информационные источники                                                     стр.  19

                                                   1.  Краткая аннотация

   Данная работа посвящена исследованию талой воды, полученной из снежного покрова г. Астрахани. Благодаря   высокой сорбционной способности, снег накапливает в своем составе практически  все  вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим  снег можно рассматривать как своеобразный  индикатор загрязнения окружающей среды.   В снежном покрове могут накапливаться  различные вредные вещества, которые  с  талыми водами    поступают в открытые и подземные водоемы, почву, загрязняя их. Снег можно исследовать так же, как и воду. Для этого пробу снега растапливают, а затем   проводят исследование.  Исследуя пробы снега, собранного в разных местах  можно получить достаточно полное представление о степени и характере загрязнения  территории, выявить причины и  источники загрязнения.

Объект исследования – снежный покров г. Астрахани. Выпавший на земную поверхность снег формирует снежный покров – уникальный слой, способный качественно и количественно характеризовать содержание  загрязнителей в атмосферных осадках, накапливающихся в толще снега в течение зимнего периода.  

Предмет исследования: степень загрязнения снежного покрова  на  разных участках территории  города.

Методы исследования:

1. Теоретический (изучение и анализ литературы, постановка целей и задач).
2. Экспериментальный  (постановка опытов, проведение химического анализа и биотестирования проб снега)
3. Эмпирический  (наблюдения, описания и объяснения результатов  исследований

Гипотеза. Возможно ли использование талой воды в городе по рецептам наших бабушек?

1. Введение.

С давних пор талая вода и ледниковая вода широко использовались в народной практике. Наши милые бабушки знали,  как продлить красоту и молодость с помощью снега и льда в те годы, когда о криотерапии и прочих

высокотехнологических изысках еще не слыхали. Снежный компресс с утра,

минут пять — семь (пока из платка не начнет капать талая вода) — и вперед!

Мамы и бабушки еще позволяли себе топить снег, делать талую снеговую воду, и умываться (и даже мыть волосы) природным эликсиром небес.

Сегодня нет никакой гарантии, что в составе выпавшей с неба воды не

окажется вся таблица Менделеева; а потому из всего ассортимента магических талых вод нам остаются… воды, приготовленные самостоятельно. Вымораживание меняет физическую структуру воды, что доказано научно, и «обнуляет» ее энергетику. Воздействие такой новорожденной воды на организм удивительно — морщинки «растворяются», кожа вспоминает свое собственное «новорожденное» состояние. Талая вода идеально впитывается порами и включается в синтез новых тканей, насыщает кожу влагой. Считается, что из естественных, не требующих никаких дополнительных активных веществ субстанций вода — наиболее мощный омолаживающий и оздоравливающий эликсир.

Как известно, замораживание - более эффективный способ очистки воды, чем кипячение. При замерзании, следует обратить внимание на то, как замерзает вода. Сначала лед образуется по краям посуды - чистый и прозрачный. Это самая легкая и чистая вода. Не рекомендуется готовить талую воду в пластике, ибо он содержит диоксин (очень опасный канцероген, который при замерзании высвобождается из пластика). Вода потяжелее, с примесями солей - замерзает дольше и собирается в центре. Этот лед легко отличить по цвету - беловато-пузырчатый. При размораживании можно и нужно отделить чистый лед от грязного. Это можно сделать, промыв середину получившейся ледяной глыбы струей горячей воды.

Готовую талую воду нужно пить сразу, в течении 5 часов после оттаивания, пока она "помнит" свою измененную структуру. Кипятить талую воду нельзя, так как она потеряет все свои свойства.

В настоящее время не так-то просто найти снег, который превратится после таяния в чистую, полезную для здоровья воду (как показали исследования экологов, в городском снегу количество вредных соединений, и в первую очередь, бензапирена, в десятки раз превышает все нормы ПДК.

Ученые нашли объяснение феномену талой воды — в ней, по сравнению с обычной, гораздо меньше примесей, включая изотопных молекул, где атом водорода заменен его тяжелым изотопом — дейтерием. Талая вода считается хорошим народным средством для повышения физической активности организма, особенно после зимней спячки. Сельские жители заметили, что животные пьют эту воду; как только на полях начинают сходить снега, домашний скот пьёт из лужиц талой воды. На полях, где скапливаются талые воды, урожай богаче.

Существуют данные, что люди, постоянно употребляющие чистую талую воду, например жители гор, живут гораздо дольше городских. Одной из важных причин наступления старости является снижение количества связанной в организме воды. Регулярная упорядоченная структура льда идеально подходит к упорядоченной структуре клеточных мембран.

Атмосфера, являясь одним из основных компонентов биосферы, оказывает интенсивное и разностороннее воздействие на гидросферу, геологическую среду, почвенный покров, здания, сооружения, другие техногенные объекты, а также на биоту в целом и на человека в частности. Поэтому охрана атмосферного воздуха представляет собой приоритетную экологическую проблему, которой уделяется пристальное внимание во всех развитых странах. Активное воздействие атмосферы на наземные экосистемы и гидросферу проявляется через атмосферные осадки в виде дождя и снега. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и их химический состав в значительной степени зависит от состояния атмосферы.

Снеговой покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим  снег можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей среды. В зависимости от источника загрязнения изменяется состав снегового покрова. Так, вблизи котельных, железнодорожных сетей, обслуживаемых тепловозами на мазутном топливе, большого потока  автотранспорта, работающего на дизельном серосодержащем топливе, а также ряда специфичных промпредприятий следует ожидать повышенное содержание соединений серы. Антропогенные источники  различных загрязнителей – автотранспорт, теплоэнергетика, промпредприятия.

3. Экспериментальная часть.

Ход работы.

1. Определить участки  для исследования проб снега.

2.  Растопить снег. Талую воду использовать  для химического анализа проб.  Изучить кислотность талой воды. Установить наличие механических и химических загрязнителей в снеге. Сделать выводы по результатам исследований.

4. Талую воду использовать для биотестирования проб на токсичность.  На смоченную талой водой фильтровальную бумагу в чашки Петри или блюдца поместить по 10 семян петрушки и газонной травы. В качестве контроля использовать  дистиллированную воду.  

5. В ходе наблюдения за проростками учитывать количество проращенных семян, процент всхожести семян, с помощью миллиметровой линейки измерять общую суммарную длину  корней проростков в каждой пробе.

6. В течение 8-10 дней вести наблюдения за проростками, результаты занести в таблицу.

7. Результаты эксперимента отобразить в таблицах и диаграммах. Сделать выводы  о степени загрязнения снежного покрова на исследуемых участках, влиянии токсичности снега на развитие проростков растений – индикаторов.

Практическая часть работы.

Эксперимент был поставлен в  феврале - марте 2012 года. Было взято  4  пробы снега из разных участков районов города:

1.        Двор  дома по пер. Пограничный  (проба № 1),

2.        Проезжая часть пер. Ленинградский    (проба № 2),

3.        Внутренний двор МБОУ «СОШ  № 12» по ул. В. Барсовой (проба № 3),

4.        Конечная остановка маршрута № 116 по ул. Рылеева  (проба № 4),

5.        Контрольная проба – дистиллированная вода (проба № 5).  

 С каждого участка взяли по 3 л снега. Принесли снег в помещение, на всех пробах сделали этикетки.  После того как содержимое  в емкостях растаяло (объем талой воды составил примерно 1,5 л)  и приобрело комнатную температуру,  стали проводить опыты.

3.1. Физические методы исследования.

 При мониторинге снежного покрова изучались обе фазы: в фильтрате определяли содержание основных растворимых макрокомпонентов талой воды, а в осадке – содержание взвешенных веществ.  Исследовали физические и химические  качества талой воды.

1. Визуальный осмотр талой воды и фильтрование  показали, что все собранные пробы снега в своем составе содержали взвешенные вещества. Наиболее грязной оказалась вода, полученная из снега, взятого с обочины дороги (проба № 2), в ней – самый большой осадок (100 мг/л),   Пробы № 1, 3, 4   выглядят менее  грязными,  меньше взвешенных частиц, прозрачные.   Осадок небольшой (до 50 мг/л)

Вывод: Наиболее загрязненной пробой  является проба, взятая в близи оживленной дороги. В этих местах основным источником  загрязнения снега  является  автотранспорт. Темная окраска снега на обочинах дорог и соответственно талой воды  обусловлена несколькими причинами. Это вынос частиц (сажи, частиц каучука, кремния и др.), содержащихся в выхлопных газах, также из состава автопокрышек, истираемость которых в зимнее время резко возрастает.  Ещё одним источником темной окраски служит химический и механический вынос битумных, масляных и других минерально-органических соединений с днищ автомобилей, ж/д составов.  

3.2. Химические методы исследования

1. Для определения pH использовали универсальный индикатор. Смочив, опускали индикаторную бумажку в ёмкость с растаявшим снегом и сравнивали её цвет со шкалой цветности.

а)  Индикаторная бумажка, опущенная в сосуд с растаявшим снегом, взятым на территории двора дома не окрасилась, это свидетельствует о наличии нейтральной  реакции в пробе снега (рН=7) – проба № 1.

б)  Индикаторная бумажка, опущенная в сосуд с растаявшим снегом, взятым с обочины дороги (проба № 2), окрасилась в зеленоватый цвет (рН=8), среда слабощелочная.

в) На индикаторной бумажке, опущенной в сосуд с растаявшим снегом, взятым с остановки 116 (проба №3) и со школьного двора  (проба № 4) появилась полоса с красноватым оттенком (рН=6), среда слабокислотная.

Вывод: на участках № 2,3,4  снег загрязнен автотранспорта, попадают основания различных кислот, оксиды азота и серы, поэтому он приобретает кислотную или щелочную реакцию.   На участке №1 снег чистый, среда нейтральная.

1. Выявление химических загрязнителей в снеге.

Качественное определение анионов.

Обнаружили, что во всех пробах снега, взятых с пришкольной территории, возле дома (проба № 1, 4) содержание ионов Cl-, SO42-, SO32- очень мало - менее 1 мг/л. В пробе снега, взятой с участка (проба № 2, 3) у дороги было обнаружено повышенное содержание  хлорид-ионов (Cl-) – более 10 мг/л (помутнение раствора в присутствии нитрата серебра).

Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов.

Наличие ионов свинца было обнаружено в пробе снега, взятого у дороги  (проба № 2) по выпадению желтого осадка нерастворимой соли свинца. Содержание катионов свинца там более 10мг/л.  В пробах снега, взятых со двора дома и школы (проба № 1, 4) по всей глубине снежного покрова, катионов свинца не обнаружено.

3.4.Тестирование воды SEEDKIT

Тестирование талой воды с помощью оборудования компании «Шлюмберже» - SЕЕDLINК - 09-SK-109 SEEDKIT.

Качество воды определяется на основе результатов тестирования для определенных параметров или характеристик, таких как рН (кислотность) и нитратов, реакции идут быстро, результаты определяются по сравнительной шкале.

Комплект для тестирования воды помог нам узнать о характеристиках пробы воды. Использование  SEEDKIT Тестирование воды, чтобы проверить на мутность, температура, рН, нитратов, фосфатов, растворенного в воде кислорода, биологическая потребность в кислороде, и колиформных бактерий. Отрицательные результаты должны быть проверены профессиональные лабораторные исследования воды.

1. Мутность является мерой ясности воды. Заполняем  емкость с водой, чтобы линия, а затем определяем мутность по диску в нижней части контейнера. Сравниваем с ламинированной картой цвета в комплекте.
2. Температура является мерой распределения тепла в образце воды. Заполняем  комплект емкость с водой, чтобы линии. Через одну минуту, читаем температуру на термометре полосы.
3. рН измерения кислотного или основного качества воды. Сравниваем цвет исследуемого образца с цветом индикатора на ламинированной карточке.
4. Нитраты нужны всем растениям и животным для создания белков. Сравниваем цвет исследуемого образца с цветом индикатора на ламинированной карточке.
5. Фосфаты нужны всем растениям и животным для роста и жизнедеятельности. Сравниваем цвет исследуемого образца с цветом индикатора на ламинированной карточке.
6. Уровень растворенного кислорода является мерой уровня кислорода в воде, которая доступна для организмов. Записываем температуру воды. Сравниваем цвет исследуемого образца с цветом индикатора на ламинированной карточке.
7. Биологическая потребность в кислороде является мерой того, насколько много растворенного кислорода используется бактериями в воде. После пробы вода храниться в темноте в течение пяти дней, затем выполняется тест и сравнивается с цветом индикатора на ламинированной карточке.
8. Наличие колиформных бактерий свидетельствует о канализационных стоках или фекальные загрязнениях в окружающей среде. Через два дня после добавления воды к трубке с табличкой, сравниваем цвет исследуемого образца с цветом индикатора на ламинированной карточке.

Образец № 1 – двор дома переулка Пограничный.

1)  Пробы воды на мутность, температуру:  20 градусов, не мутная.

2) Определение pH = 7 ppm, нейтральная.

3) Определение нитратов = 4 ppm.

4) Определение фосфатов = 2 ppm.

5) Уровень растворенного кислорода = 4 ppm.

Образец  № 2 – обочина дороги переулка Ленинградский.

1) Пробы воды на мутность,  температуру: 20 градусов, средне мутная.

2) Определение pH = 8 ppm, щелочная среда.        

3) Определение нитратов  =  5 ppm.

4) Определение фосфатов = 4 ppm.

5) Уровень растворенного кислорода  =   0 ppm.

Образец № 3 – остановка № 116, ул. Рылеева.

1) Пробы воды на мутность,  температуру: 20 градусов, не мутная.

2) Определение pH =  6 ppm.

3) Определение нитратов = меньше 5 ppm.

4) Определение фосфатов = 2 ppm.

5) Уровень растворенного кислорода =  0 ppm.

Образец № 4  – внутренний двор СОШ № 12, ул. В. Барсовой.

1) Пробы воды на мутность, температуру: 20 градусов, не мутная.

2) Определение pH:  6 ppm.

3) Определение нитратов – нет, наблюдаются следы.

4) Определение фосфатов = 3 ppm.

5) Уровень растворенного кислорода =  2 ppm.

Калиформные бактерии: не обнаружены ни в одной пробе.

Результаты и выводы.

1. Анализ проб на содержание катионов и анионов позволяет судить о состоянии снежного покрова на разных территориях.

2. Опыты по определению содержания взвешенных частиц, цветности и прозрачности в пробах снега, взятых на пришкольном участке, показали отсутствие механических примесей, красящих веществ. Небольшое количество примесей, появление запаха, серая окраска талой воды, в пробах, взятых с самого нижнего слоя снега, связано с попаданием в пробу частичек почвы и травы.

3. Используемый школьный химический эксперимент  показал, что в талой воде пришкольного участка катионы тяжелых металлов и анионы не обнаружены.

4. Нарушений кислотности снеговых осадков не выявлено. Снеговой покров имеет нейтральную и слабокислую среду с рН=5-6. Вдоль дороги – слабощелочную реакцию с рН=8.

5. Сравнение данных химического эксперимента с ПДК по природным источникам воды показали, что химических загрязнителей в опасной концентрации не обнаружено.

6. Экологическое состояние окружающей среды в районе школы в пределах нормы.

7. В пробах снега, взятых у дороги, были обнаружены: повышенное содержание взвешенных частиц, талую воду этого участка мы оценили как средне мутную, светло-серой окраски. Анализ снега на выявление химических загрязнителей показал присутствие хлорид- и сульфит-ионов, а также катионов тяжелых металлов свинца и железа. Это может быть связано с выбросами автомобилей, поток которых по данному участку в течение зимы интенсивный, а также с тем, что дороги посыпают технической солью, используя ее как средство для борьбы с гололедом

3.5. Биотестирование.

Были   проведены  исследование проб снега  с   использованием метода  биотестирования, т.е. определения качества окружающей среды с помощью живых организмов. В качестве организма-индикатора выбраны семена петрушки и газонной травы,  т.к.  семена  этих растений быстро прорастают. В качестве показателей учитывали всхожесть семян и скорость роста корней проростков.  Сравнительная оценка показателей их роста и развития позволяет оценивать степень воздействия токсичности снега.

Цель работы:

Исследование общей химической токсичности снега методом  биотестирования по проросткам растений - индикаторам.

 Использованная методика: методика, составленная  на основе научной работы «Исследование снега методом биотестирования» (Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н.  Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл.: Школьный практикум.- М.:  Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. – 112с.: ил.).

Оборудование и реактивы:

-        семена петрушки и газонной травы (одинаковые по размеру, одного урожая)

-        чашки Петри или блюдца

-        пробы снега.

-        миллиметровая бумага или линейка

-        фильтровальная бумага или марля.

 Практическая часть.

  Для исследования использовали растаявший снег и в качестве контрольных образцов использовали дистиллированную воду, не содержащую токсические вещества.

Простерилизовали блюдца. Налили на дно каждой чашки талую воду. Талую воду мы использовали для проращивания семян  – по 10 шт. в каждую пробу. В 4 тарелки налили талую воду каждой пробы. Пометили их номерами. В тарелки с водой поместили на влажные салфетки по 10 семян каждого растения. Наблюдали прорастание семян  и рост корешков растений в течение 10 дней, добавляя, по мере высыхания, талую воду, полученную из снега с тех же участков (в одинаковых объемах).

Исследована  прорастаемость семян в данных образцах воды.  Уже на третий день эксперимента семена начали прорастать.  100 % высокая всхожесть семян была отмечена в  пробах № 1, 5. Можно сделать вывод об отсутствии загрязнения.  О слабом загрязнении снега в районе  проезжей части по 90 % и 80 % степени всхожести  семян.

В зависимости от результатов опыта субстратам присваивают один из четырех уровней загрязнения (Ашихмина Т.Я., 2000 г.).

1. Загрязнение отсутствует.

Всхожесть семян достигает 90-100%, всходы дружные, проростки крепкие, ровные. Эти признаки характерны для контроля, с которым следует  сравнивать опытные образцы.

2. Сильное загрязнение.

Всхожесть семян очень слабая (менее 20%), Проростки мелкие и уродливые

Результаты наблюдений по каждой пробе мы заносили в таблицы (табл.1,2). На основании данных таблицы №1 мы  выполнили компьютерную обработку результатов исследований и  представили  их в диаграмме № 1,2.

3, 4. Слабое загрязнение. Всхожесть   60-90%. Проростки почти   нормальной длины, крепкие, ровные.

Выводы. Анализируя данные таблиц, мы сделали вывод о наибольшей токсичности снега вдоль автодороги. Меньшей степенью химической токсичности отличаются пробы снега № 1, 4 . Таким образом,  мы попытались проследить влияние общей токсичности снега, вызванной присутствием загрязнителей на рост и развитие проростков семян.

Полученные результаты доказывают, что снег на территории  города загрязняется вредными веществами, выбрасываемыми автотранспортом, но степень загрязнения не столь высока, так как  всхожесть семян в среднем составила  92,5 %. Используя метод биотестирования (испытания действия вещества или комплекса веществ на живые организмы), мы  выяснили, что снег действительно является индикатором чистоты.

1. Заключение

 Мы исследовали общую химическую токсичность различных проб снега и выяснили, что снег действительно  является индикатором  чистоты воздуха.

Выводы: основываясь на результатах химического анализа и биотестирования, можно утверждать, что в целом снежный покров в г. Астрахани  достаточно чистый  как возле школы, так в других микрорайонах.  Загрязнения наблюдаются возле   автодороги,  это связано с работой  транспорта.

Использование снега в качестве источника талой воды не следует, поскольку он содержит много примесей и грязей, которые можно увидеть не вооружённым взглядом, если растопить даже самый чистый, только что выпавший снег. Чистый снег только в горах, ведь там природная фильтрация кремнием, глиной и известняком. Поэтому лучше готовить талую воду в домашних условиях.  

Значит, талую воду из снежного покрова в городе использовать не рекомендуется.

                                    Литературные источники:

1. Артемов А.В. Сравнительный анализ антропогенного загрязнения снежного покрова и гидросферы урбанизированных ландшафтов. //Экология человека – 2003 г. - № 4. – с. 35
2. Гринпис в России. Гринтим. Руководство к действию. М., АО МДС, Юнисам, 1995.
3. Мансурова С.Е., Кокуева  Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл.: Школьный практикум. – М.: Гуманит. Изд.центр ВЛАДОС, 2001.- 112 с.:ил.

4. Пахомова Т.Н., Пахомов В.И. Эколого-краеведческая работа с учащимися в природе – Первое сентября – 2004 г. - № 16-18

5. Федорова М.З., Кучменко В.С., Воронина Г.А. Экология человека: культура здоровья. – М.: Вентана-Граф, 2007 г.
6. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие / Под  ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2000.
7. Экология 7-8 классы. Практикум. /авт. Н.А. Степанчук. – Волгоград: Изд-во «Учитель», 2008 г.
8. Экология Москвы и устойчивое развитие: Уч. пособие для 10-11 кл. – М.: МИОО, Интеллект-Центр, 2008 г. 
9. Экологический мониторинг / под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: Академический проект, 2006. – 416с;
10. www.ecjsystema.ru.
11.          http://talvoda.ru/talaya-voda/chem-polezna-talaya-voda/