определение взвешенных частиц атмосферы по снежному покрову

                                  Комитет по образованию

       Муниципального образования Нижневартовский район.

                       Исследовательский проект.

                                                    Работу выполнила: ученица 9 класса

                                                                                     Сабавева Ирина.

            Работу проверил: руководитель

            экологического кружка Кораблина Е.В.

                                       Большетархово 2004

       Оглавление:

Введение.

Экологические проблемы атмосферы.

Основные свойства атмосферы и воздействие на неё человека.

Состояние атмосферного воздуха на территории ХМАО и Нижневартовского района

Значение воздуха в природе и жизни человека

Объекты и элементы исследования

Органолептические характеристики.

         2.2    Оценка состояния атмосферного воздуха с  

              использованием биотестов.

Определение взвешенных веществ по снежному                                                                                                                                                                                                                  

Покрову.

Определение взвешенных частиц в атмосфере по снежному          

покрову.

Характеристика населенного пункта

Определение взвешенных частиц по снежному покрову.

         3.3     Биотестирование.

     4. Заключение.

5. Список использываемой литературы.

     Актуальность проблемы: Все процессы в биосфере взаимосвязаны. Человечество – лишь незначительная часть биосферы, а человек является лишь одним из видов органической жизни - Homo sapiens (человек разумный). Человек на протяжении веков стремился не приспособиться к природной среде, а сделать её удобной для своего существования. Созданные человеком машины, построенные заводы и фабрики оказывают отрицательное влияние на окружающую среду, а значит и на здоровье человека. Здоровье – это капитал, данный нам не только природой от рождения, но и теми условиями, в которых мы живём.

     Вещества, загрязняющие окружающую среду, очень разнообразны. На земном шаре практически невозможно найти место, где бы ни присутствовали в той или иной концентрации загрязняющего вещества. Даже  во льдах Антарктиды, где нет ни каких промышленных производств учённые, обнаружили, токсичные различные вещества современных производств. Они заносятся туда потоками атмосферы с других континентов.

     Проблема загрязнения атмосферы характерна и для нашего района, в том числе и нашего, села.

Цель работы: Изучить качество атмосферного воздуха по снежному покрову в районе села Большетархово.

Задачи: Изучить загрязнение атмосферного воздуха по снежному покрову:

Изучить степень загрязнения снега.

Изучить качество снега методом биотестов

Изучить pH снега.

Дать анализ о состояние атмосферного  загрязнения на различных участках села.

Объект исследования: территория села Большетархово.

Методы исследования:

-    Биотестирование.        

Наблюдение.

Аналитический.

Лабораторный.

Научная новизна:   впервые дана комплексная оценка состояния снежного покрова с использованием различных методов на территории села Большетархово. Выявлены качественные особенности снега в различных точках села.

Предложены меры:

Значимость работы: Результаты представленной работы дополняют  существующий банк данных о состоянии окружающей среды в Нижневартовском районе.

1. Экологические проблемы атмосферы.

1.1 Основные свойства атмосферы и воздействие на неё человека.

      Атмосфера - сложная система, состоящая из воздуха химических примесей и паров воды. Она - важнейший фактор метеорологического режима и условия для протекания физико-химических и биологических процессов в биосфере. От соотношения отдельных компонентов в атмосфере во много зависит её влияние на радиационный, тепловой и водный режимы, способность к самоочищению.    Газовый состав атмосферы, содержащиеся в ней пары воды и различные взвеси обуславливают степень проникновения солнечной радиации на поверхность Земли и удержание тепла в околоземном пространстве. Если бы атмосфера не содержала примесей, то среднегодовая температура поверхности Земли составляла бы не +15 С, а –18 С.

      Важнейшими свойствами атмосферы является её способность к быстрому перемешиванию и перемещению на большие расстояния, а также связь с другими сферами и особенно океаном. Эти свойства, а также отсутствие чётко выраженного накопительного эффекта по отношению к загрязняющим веществам  обеспечивают, с одной стороны, глобальный характер атмосферных процессов, а с другой- высокую способность к самоочищению. Так, в результате контакта с океаном последний поглощает из атмосферы значительные массы двуокиси и окиси углерода, сернистый газ и другие соединения. Большое количество атмосферных примесей поглощается растениями, а также включается в почвенное звено круговорота веществ. С лёгкой перемещаемостью воздушных масс связана её способность рассеивать загрязнения, но вместе с тем это основной фактор превращения локальных загрязнений в глобальные.

      Человек постоянно находится в воздушной среде. В различных ситуациях это может быть воздух «чистых» зон (лесов, парков, зон отдыха); воздух рабочих зон и помещений, воздух жилища и др. И в каждом случае существуют различные нормативы качества воздушной среды, которые, по количественным характеристикам, могут значительно различаться для одного и того же компонента-загрязнителя.

      Загрязнение – это привнесение в природную среду или возникновение в ней новых, чужих ей химических соединений, биологических систем, а также физических воздействий.

      Существуют различные классификации загрязнения среды: по свойствам загрязнителей (физические, химические, биологические и т.п.); по состоянию загрязняющего вещества (газ, жидкость, твердые отходы и т.д.); по стойкости загрязнения в естественной среде (разрушаемые, не разлагаемые ); по качеству или виду среды, где распространяется загрязнение ( атмосфера, гидросфера, литосфера и т.п.). Разделение это условное, поскольку в реальных условиях человек и экологические системы подвергаются воздействию не отдельных загрязнителей, а их комбинаций, включающих химические, физические и биологические составляющие.  

      Обычно уровень загрязнения воздуха повышается в тихие пасмурные дни, поскольку слабый ветер не в состоянии развеять скопление вредных веществ. Если человек проводит много времени на воздухе в такие дни, он обычно начинает ощущать жжение или зуд в глазах, головную боль, першение в горле или одышку. Очень важно, чтобы мы понимали причины загрязнения воздуха, а также краткосрочные и долгосрочные последствия этого для всех форм жизни.        

      Иногда мы можем видеть загрязнения воздуха и ощущать его запах. На примере нашего посёлка, мы видим дым, который поднимается из труб домов и завода? Видим газ, вылетающий из выхлопных труб автомобилей? Может быть, в окрестностях вашего дома кто-то сжигает мусор? Древесная и известковая пыль, волокна-отходы различных производств также загрязняют воздух. Но есть и такие вещества, загрязняющие воздух, которые мы не можем видеть, например, СО (окис углерода), SO (двуокись серы), NO (окись азота) и фреоны.

      Сжигание дерева также загрязняет воздух. Поскольку в нашем селе большинство домов необходимо отапливать зимой, в это время года загрязнение воздуха возрастает.

      Окись углерода - это бесцветный, не имеющий запаха газ, который получается в результате сжигания ископаемого топлива. Как и многие другие загрязняющие вещества, окись углерода образуется в результате неполного сгорания углерода, содержащегося в топливе, которое используют  на теплоэлектростанциях, в моторах автомобилей и в различных промышленных производствах. Так СО  тяжелее воздуха, этот газ скапливается в слоях атмосферы, непосредственно прилегающих к земле, т.е. именно там, где мы живём и дышим; таким образом, загрязняющий эффект от СО в нижних слоях атмосферы гораздо более заметен, чем в верхних. Поскольку молекулы СО притягиваются гемоглобином, содержащимся в красных кровяных тельцах, этот газ пагубно воздействует на человека и животных. Соединение гемоглобина с СО в 200 раз прочнее, чем его соединение с кислородом, окись углерода отказывается покидать наш организм при нормальном дыхании. Результатом этого могут стать болезненные симптомы- головные боли, тяжёлое затруднённое дыхание, утомлённость, головокружение, тошнота и боли в груди.

      Как и СО, окись азота (NO)  также тяжелее воздуха и поэтому тоже скапливается в непосредственной близости от земли. Эти загрязняющие вещества особенно опасны для маленьких детей, так как они концентрируются как раз в том слое воздуха, который вдыхают дети. В больших концентрациях NO (как и двуокись серы) может стать причиной раздражения глаз. Эти химические соединения превращаются в кислоту, соприкасаясь со слизистой оболочкой дыхательных путей, раздражая и нарушая, таким образом, клетки.

      Когда уровень концентраций в атмосфере таких химических соединений, как NO и SO, становится очень высоким, они могут соединиться с водными парами и в процессе круговорота воды вернуться на землю в виде кислотного дождя. Кислотные дожди наносят огромный вред окружающей среды.

1.2 Состояние атмосферного воздуха на территории ХМАО и Нижневартовского района.

      В ХМАО одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха является сжигание попутного газа в факелах, обжиг нефти при ее аварийных сбросах на рельеф местности и в водоемы – испарение легких компонентов нефтяных углеводородов с поверхности разливов, шламовых амбаров, их резервуаров; кроме того, от общего объема выбросов в атмосферу воздух загрязнен.

      За 2002 год Ханты-Мансийского автономному округу предоставили отчёты 815 предприятий, имеющих стационарные источники выбросов в атмосферу, в то  время как за 2001 год насчитывалось 687.                                   

По данным государственной статистической отчётности 2-ТП

«Воздух», представленной Управлением по охране окружающей природной среды Ханты-Мансийского автономного округа, в 2002году выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на территории округа составили 2 336 321,68 т, что на 33% больше  объёмов 2001 года, в том числе 2 335 448,436 т выброшено без очистки.

      Увеличение выбросов в атмосферу за 2002 год связанно, прежде всего, с активным развитием округа и особенно нефтегазового комплекса. Вводимые в эксплуатацию месторождения ещё не обладают достаточной инфраструктурной для полной утилизации попутного нефтяного газа, и потому газ сжигается на факелах, вызывая загрязнения атмосферного воздуха. Кроме того,  многие стационарные источники загрязнения атмосферы не имеют очистных систем  либо очистные системы устарели и не справляются с объёмами.

      В городах Ханты-Мансийского округа растёт численность населения, увеличиваются объёмы строительства и добычи нефти, растёт количество автотранспорта, что играет не последнюю роль в загрязнение атмосферы.

       Высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха обусловлен содержанием в нём большого количества вредных веществ. В г. Нижневартовске уровень загрязнения атмосферного воздуха оценивается как очень высокий (ИЗА=17)

      Наблюдение за качеством в Нижневартовске проходят на «городском фоновом» стационарном посту «ПОСТ-2» учитывается как № 1, и с октября 2002года на  «ПОСТ-1», расположенном в западной промзоне- учитывается как № 2, безлбороторным методом силами ГУ « Ханты- Мансийский окружной ЦГМС» при поддержке Управления по охране окружающей природной среды Ханты-Мансийского автономного округа, ДЗАО «НижневартовскНИПИнефть» и  Госсанэпиднадзора г. Нижневартовска.

      Основные источники загрязнения атмосферы: в Нижневартовском районе ГРЕС, автотранспорт, ГУАП «Нижневартовское авиапредприятие», котельные установки, промышленные предприятия.

Значение воздуха в природе и жизни человека.

     “Dum spiro-spero” («Пока дышу-надеюсь» -лат.), писал Овидий. Дыхание –процесс, который невозможен без кислорода О. Подсчитано, что весь кислород атмосферы проходит через земные живые организмы, включая человека, примерно за 10 лет.

      Это важнейший элемент жизни и энергетических процессов, а главное его потребители в природе- растения и животные.

      Кислород не только «невидимый» (бесцветный) и «всемогущий» (поддерживает и дыхание и горение), но ещё и «вездесучий» газ (его содержание в земной коре, атмосфере и гидросфере равно 49,5 %, по распространёности среди химических элементов  он на первом месте).

      Основная масса  связанного кислорода находится в кристаллическом силикатном веществе земной коры- в таких минералах, как гранит, базальт, кварц, слюда,  и т.п. Связанный кислород составляет  также большую часть (85,6 %) масса гидросферы. Свободный кислород атмосферы  О – продукт деятельности биосферы (фотосинтеза).

      Образование свободного кислорода связано со световой энергией Солнца и может происходить путём фотолиза (разложения) паров воды в стратосфере под действием жёсткого ультрафиолетового излучения – абиогенно (без помощи живых организмов) либо биологическим путём (за счёт фотосинтеза). В обоих случаях исходным «сырьём» для образования служит вода.

      Известно, что каждый гектар леса ежегодно производит около 45 000 м  кислорода.

      Даже после уничтожения части природной растительности человеком выделение кислорода в процессах фотосинтеза  на суше  и в Мировом океане составляет ежегодно (3,0-3,5)  10т.

      Если бы кислород не расходовался, то примерно через четыре тысячи лет его содержание в атмосфере могло бы удвоится. Однако этого не происходит: на протяжении  года разными путями разлагается  и окисляется столько органических веществ, что при этом поглощается почти весь выделившийся кислород.

      Воздух имеет  сложный состав. Его основные компоненты можно разделить на три группы: постоянные, переменные и случайные. К первым относятся кислород (около 21 % по объёму), азот (около 78 %) и благородные газы (главным образом аргон-около1%). Содержание этих компонентов практически одинаково по всему земному шару.  Ко второй группе относятся углекислый газ (0,025-0,04 %)  и водяной пар (до 3%)

      Содержание случайных компонентов зависит от особенности местности. Например, вблизи теплоэлектростанций или металлургических заводов в воздухе присутствует заметное количество диоксида серы, около животноводческих комплексов- аммиака и сероводорода…  

      Находящийся над Землёй воздух давит на неё с силой более одного килограмма на каждый квадратный сантиметр поверхности: нормальное атмосферное давление может быть уравновешенно столбцом ртути (жидкого металла с плотностью 13,6 г/см) высотой 760 мм. Общее давление атмосферы -это сумма  давлений отдельных составляющихся её газов- парциальных («частичных») давлений.Например, парциальное давление кислорода составляет примерно 160 мм рт.ст. (21 % от 760 мм рт.ст). Вся жизнь на Земной поверхности развилась в условиях давления атмосферы, поэтому мы не обращаем на него внимания, подобно тому как глубоководные рыбы не замечают  колоссального давления на дне океана. Нагрузка, которую испытывают живые организмы, находясь на «дне» атмосферы, гораздо выше, чем представляется на первый взгляд. Так, общая поверхность человеческого тела в среднем составляет 20 тыс. см. Это значит, что человек незаметно для себя испытывает постоянную нагрузку в размере примерно 20 т. этого внешнего давления люди не ощущают лишь потому, что оно уравновешивается внутренним, существующим в организме.

      В конце 18 века учёные Парижа и Лондона активно обсуждали значение для  жизни растительного мира только что открытых газов- кислорода, азота и диоксида углерода.

      Жан- Батист Буссенго – писал: «Всё, что воздух даёт растениям, растения уступают животным, животные же возвращают воздух, -вечный круг, в котором жизнь трепещет и выявляется, но где материя только меняет своё место».      

      В настоящее время потребление кислорода на Земле приблизилось к уровню его воспроизводства в естественных биохимических циклах.

2. Объекты и элементы исследования.

      Индикатором загрязнения окружающей среды служит снег. Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы и др. накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоёмы, загрязняя их.                                                                                                                 как и воду. Для этого пробу снега вначале растапливают, а затем проводят исследование по всем показателям. Если  брать пробы снега в разных местах, то можно сделать достаточно полную картину о степени загрязнения, а также выявить причину и источник загрязнения.

      В наших широтах земля покрывается снежным покровом не менее пяти месяцев в году. За зиму снег впитывает и удерживает многие загрязняющие вещества из атмосферы. Этот процесс напоминает принцип губки. К загрязняющим веществам относятся аэрозоли различных кислот, соединения металлов и пылевые частицы (взвешенные вещества). Все это постепенно оседает на снег и фиксируется, как слоеный пирог. По таким слоям можно составить химическую летопись зимы.

2.1 Органолептические характеристики.

      Для определения запаха, колбу заполняли водой на 1/3 объёма и, закрыв пробкой, хорошо взболтали содержимое, затем колбу осторожно, открывали, неглубоко вдыхая воздух, и таким образом определяли характер и интенсивность запаха. Данные заносили в таблицу.

      Мутность определяли, рассматривая пробирку на тёмном фоне при достаточно боковом освещении.

2.2   Оценка состояния атмосферного воздуха с использованием    

   биотестов.

      На разных участках поселка взяли пробы снега: у школы, дома, котельной, леса, у дороги. Принесли снег в помещение и растопили его. Поместили по 10 семян в предварительно простерилизованные чашки Петри и налили на дно каждой чашки талую воду. В качестве контроля использовали дистиллированную воду. наблюдения за семенами вели в течение семи дней. Результаты своих наблюдений по каждой пробе заносили в таблицу.

2.3 Определение взвешенных веществ по снежному покрову.

      Талую воду, полученную из проб снега, тщательно перемешали и пропустили через бумажный фильтр. Отфильтровали один литр воды. Фильтр с осевшими на нём взвешенными веществами высушили и затем взвешали. Результат занесли в таблицу.  

3. Определение взвешенных частиц  в атмосфере по снежному покрову.

3.1 Характеристика населённого пункта.

      Село Большетархово находится в 36 км к северо-востоку от                          

Г. Нижневартовска и расположено на берегу реки Вах. Доступность села только речным транспортом и вертолётом в летнее время, в зимнее время автозимником с ледовой переправою через р. Вах (см. приложение 1).

      Население села состоит, в основном, из русскоязычного населения и составляет 700 человек.

      Застройка села началась в 30 –х   годах силами заключённых и репрессированных, а в настоящее время ведётся на государственные средства УКСом по застройке Нижневартовского района.

      На период января 2003 года на территории села размещаются:

4 магазина промышленно-продовольственных товаров

1 школа общеобразовательная на 135 учащихся

1 кола музыкальная

1 фельдшерско-акушерский пункт

1 ясли сад  на 30 мест

1 пекарня на 0,2 т ХБИ в сутки

1 лесопильное производство

1 клуб

1 баня

2 общежития

1 библиотека

1 администрация села

1 почта, узел связи

1 вертолётная площадка

4 складских помещения

      Всего село занимает в настоящее время 60 га. Вне границ села - кладбище, свалка ТБО, причал, дороги, территория фермы.

      Инженерное обеспечение села состоит из:

электроснабжение села от трёх ПС: две по 6/0,4 кВ, одна 6/0,1 кВ по воздушным и кабельным линиям электропередач.

водоснабжение осуществляется от трёх скважин  в две котельные и жилые            дома.

канализация - в домах по ул. Новая, пер. Почтовый, школе, я/саде, пекарне и бане с выгребами, в остальных домах канализация отсутствует.

теплоснабжение осуществляется от котельной с четырьмя котлами ВВД-1,8производительностью 5,4 Гкал/час, и электрокотельной с шестью электрокотлами по 25 кВт, по надземной теплотрассе к жилым домам.

      Село Большетархово располагается на берегу Вах, имеющей водоохранную полосу согласно СниП 2. 07. 01-89300 метров, в которой располагаются сельские жилые дома и складские помещения. Промышленные помещения на территории села отсутствуют, кроме закрытой пилорамы, не имеющей открытого выброса древесной пыли.

      В 1,5км. От села проходит магистральный газопровод высокого давления и два продуктопровода. Охранная полоса газопровода составляет один километр от его оси.

      В восьмистах метрах от реки и пятистах метрах от села располагаются кладбище, полигон для обезвреживания отходов, которые имеют защитную зону в радиусе 300 метров.

      На территории села располагается вертолётная площадка.

      В границах села также располагаются три скважины водозабора с санитарно-защитной зоной первого пояса радиусом 30 метров.

      Рассматривая метеорологическую характеристику, можно отметить, что средняя максимальная наружного воздуха наиболее жаркого месяца года составляет + 17,4 С, средняя максимальная температура наружного воздуха наиболее холодного месяца года составляет –22 С.

      Нами была проведена оценка качества атмосферы воздуха села Большетархово. В качестве объекта исследования была взята территория села Большетархово.

Определение взвешенных частиц по снежному покрову.

      Талую воду, полученную из проб снега, тщательно перемешивают и пропускают через бумажный фильтр, доведённый в сушильном шкафу до постоянного веса. Отфильтровывается не менее одного литра воды. Фильтр с осевшими на нём взвешенными веществами высушили и затем взвешали.

                                        M = n - l/v;

Где,

N- вес фильтра с пылевыми частицами;

l- вес чистого фильтра;

v-объём воды, пропущенный через фильтр в литрах;

M-количество пылевых частиц (в мл/г).

Результаты занесли в таблицу.

        Анализ органолептических показателей показывает, что снежный покров на территории посёлка имеет слабый землистый запах, кроме территории котельной,

где повышенное содержание загрязнённых веществ в виде сажи, пыли, и отбросов ГСМ.

      Мутность изучаемых проб не соответствует нормативам, наличие мутности говорит о наличии в воде осадка взвешенных частиц, наиболее мутная вода была возле котельной, которая находится в близи колонки водоснабжения при таянии снега талая вода вплотную подходит к «Импульсу», что не может гарантировать частичного попадания грязных веществ в водоупорный слой.

       Данные о содержании сухого остатка было выше всего у здания котельной при этом у школы и дома было тоже повышено содержание остатка, но остаток был в виде песка, на основе всего сказанного можно сделать заключение, что большинство органолептических характеристик не удовлетворяет нормы ГОСТа.

3.3  Биотестирование.

      Использовали семена кресс-салата. В качестве индикационных показателей использовали особенность прорастания семян, роста корневой системы на отдельных участках снега (у дома, у котельной, у леса, у школы). И контрольных дистиллированная вода.

     Семена по 10 штук помещали в чашки Петри на фильтры, куда наливали воду из изучаемых источниках по 10 мл. перед опытом семена стерилизовали 1% раствором перманганата калия.

      После закладки эксперимента, через каждые сутки проводилось отслеживание таких показателей, как: количество проросших семян; сроки проклёвывания семян; скорость роста главного корня; сроки образования боковых корней; суммарная длина всех корней.