Исследовательская работа "Жаркое лето 2010" (Определение кислотности атмосферных осадков)

НАЦИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА

«ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНО-ТВОРЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ РОССИИ»

Конкурс исследовательских работ «ЮНОСТЬ, НАУКА, КУЛЬТУРА»

Секция: ХИМИЯ

Жаркое лето 2010

(Определение кислотности атмосферных осадков)

Кудриков Алексей

МОУ сош №1, 9 класс, г. Наволоки

Научный руководитель: Новикова Вера Леонидовна

учитель химии МОУ сош №1г. Наволоки

высшей квалификационной категории

г. Обнинск, 2010/2011 учебный год

Аннотация.

Лето 2010г в Ивановской области запомнится аномальной жарой. Сильные страдания принесли пожары. В атмосфере скопилось большое количество углекислого газа. Его реакции с водой отразились на атмосферных осадках. Показателем их загрязнения служат данные о концентрации ионов водорода в пробах. В работе мы определяли уровень их кислотности. Наблюдения вели с 1 по 31 августа 2010. Пробы отбирали один раз в сутки. Значение водородного показателя определяли с помощью рН – метра. Фиксировали температуру воздуха, количество слоя осадков в мм. Сравнили результаты с аналогичным исследованием 2005г. Наблюдения показывают, что атмосферные осадки с кислотностью ниже 5,6 не редкость для г. Наволоки. Однако значения их рН в 2005 гораздо выше, чем в августе 2010. Кроме того, наиболее кислые осадки в августе 2010г выпадали в начале периода дождей, сразу после аномальной жары. Далее их рН нормализуется.

Содержание.

1. Введение.
2. Обзор литературы.
3. Методика 1.

Определения кислотности атмосферных осадков с помощью рН - метра.

1. Результаты определения кислотности атмосферных осадков.
2. Методика 2.

Описание растительного покрова исследуемых площадок.

1. Результаты описания растительного покрова исследуемых площадок.
2. Выводы.
3. Список литературы.

Введение.

Лето 2010 года в Ивановской области, как и во всей Европейской части России, запомнится аномальной жарой, продолжавшейся с последней декады июня до первой половины августа. По своему размаху и по степени последствий она не имела аналогов за более чем вековую историю наблюдений погоды [1]. Жара привела к сильной засухе, вызвавшей гибель огромного количества посевных площадей. Сильные страдания принесли масштабные лесные и торфяные пожары. Заметно ухудшилась экологическая обстановка: чувствовался запах гари, в воздухе стоял смог.

Изменить ситуацию могли только дожди. Однако, в атмосфере скопилось значительное количество углекислого газа. При его взаимодействии с водой происходит образование угольной кислоты. Следовательно, масштабные пожары не могли не отразиться на атмосферных осадках. Показателем их загрязнения служат данные о концентрации ионов водорода в дождевых пробах [2]. Чтобы определить уровень их кислотности, мы провели исследование. Цель его можно сформулировать так: определить кислотность атмосферных осадков. В качестве гипотезы предположили, что последствия масштабных пожаров могли спровоцировать выпадение кислотных дождей. Предположив, что кислые атмосферные осадки не являются редкостью для г. Наволоки, мы попытались зафиксировать их вторичные признаки – влияние на окружающую среду. Остановились на тех, которые можно обнаружить даже без специального оборудования - описание растительного покрова.

Для достижения цели необходимо решить ряд задач:

1. Изучить методику определения кислотности атмосферных осадков по ГОСТу.
2. Определить концентрацию ионов водорода в пробах атмосферных осадков с помощью рН - метра.
3. Сопоставить полученные данные с результатами аналогичного исследования в 2005 г.
4. Описать растительный покров исследуемых площадок.

Объектом исследования являются атмосферные осадки. Предмет исследования: концентрация ионов водорода.

Обзор литературы.

Термин «кислотные дожди» впервые применил в XIX веке Р. Смит в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии» [4]. Понадобились долгие годы исследований, чтобы понять сущность, причины и осознать масштабы этой опасности.

Доказано, что кислотные дожди наносят ущерб не только природе (засыхают леса, развивается суховершинность, угнетается развитие листвы и хвои и др.), но и зданиям и сооружениям [4]. Под их губительным действием медленно разрушаются исторические памятники из мрамора и известняка. Страдает здоровье человека от дополнительного загрязнения питьевых вод, т. к. кислота вытесняет из горных пород различные токсичные металлы [4]. Происходит закисление почв.

Почва медленно изменяет свои свойства [4], однако с годами отрицательные изменения в ней накапливаются. Наглядным показателем закисления почв служат растущие на ней растения – индикаторы (таблица 1).

Таблица 1. Растения – индикаторы свойств почвы [4].

На сайте «Огород и земледелие» [3] дан более полный список растений кислых почв. Это василек луговой, вереск, вероника дубравная, горец почечуйный, душистый колосок, иван-да-марья, лапчатка, лютик ползучий, маргаритка, мята, осока, пикульник, подорожник большой, торица, фиалка трехцветная, хвощ полевой, щавель конский, вьюнок полевой, горец птичий, клевер, люцерна, мать-и-мачеха, осот, мокрица, нивняк, пырей, репейник, ромашка пахучая, шиповник.

Источники, порождающие кислотные дожди, могут быть природными и антропогенными. Природные источники - это вулканическая деятельность, пожары, биогенные выделения, грозовые разряды [4]. Антропогенное загрязнение создают выбросы ТЭС, промышленности, транспорта [4]. Процесс образования кислотных дождей начинается с накопления в атмосфере оксидов углерода, серы, азота. В результате их взаимодействия с водяными парами образуются кислоты.

CO2 + H2O = H2CO3.                     SO2+ H2O = H2SO3

2 SO2 + O2 = 2 SO3                        SO3+ H2O = H2SO4

2 NO + O2 = 2 NO2                         3 NO2 + H2O = 2 HNO3 + NO

Для определения степени кислотности растворов используют шкалу рН, в основе которой лежит концентрация ионов водорода [4]. Амплитуда шкалы рН – от 0 до 14. Если рН равна 7, то среда нейтральная. По Н. В. Винокурову, атмосферные осадки с показателем рН ниже 5,6 получили название «кислотные дожди».

Рисунок 1. Шкала кислотности рН.

Методика исследования 1.

Определения кислотности атмосферных осадков [2].

Отбор проб. При отборе осадков должно быть исключено попадание в пробу посторонних веществ. Для анализа важно собрать первые, наиболее загрязненные порции. Отбор проб производили на открытой ровной площадке, удаленной не менее чем на 100 м от деревьев, холмов, зданий, линий электропередачи, местных источников загрязнения атмосферы. Пробу отбирали один раз в сутки в течение 12 часов (с 8.00 до 20.00 часов).

Рисунок. 2. Оборудование для отбора проб.

Установка для отбора проб располагается на столе размером 80 × 80 см, установленном на высоте 150 см от поверхности земли. Она состоит из стеклянной воронки диаметром 25 см 6, крышки 5, стеклянной колбы 8 вместимостью 500 см3, штатива 1 и двух колец 4. На горловине воронки имеется резьба, на которую навинчивается крышка 7 от колбы для воронки.

Порядок отбора проб атмосферных осадков. Перед началом выпадения атмосферных осадков вынесли на площадку воронку с навинченной на ее конец колбой, упакованные в полиэтиленовый пакет, установили их на столе. Воронку закрыли крышкой. В момент начала выпадения осадков крышку снимали. Если дождь шел с перерывами, то на время перерыва воронку закрывали крышкой.

Определение рН. Химический состав проб осадков со временем меняется, поэтому производили измерение сразу после выпадения осадков. Значение водородного показателя pH, атмосферной воды определяли с помощью рН – метра. Дополнительно фиксировали температуру воздуха, определяли количество слоя осадков в мм измерительным стаканом с нанесёнными на нёго делениями. Полученные данные занесли в таблицу 1.

Результаты исследований 1.

Таблица 2. Сводная сравнительная таблица результатов за 2010 и 2005 г.

В августе 2005 года учащимся 10 класса МОУ сош №1 г. Наволоки Аккуратовым А. проводилось аналогичное исследование кислотности атмосферных осадков. Сравним его результаты с результатами нашего нового исследования.

1. В период с 1 по 31 августа общее количество выпавших атмосферных осадков в 2010 году составило – 46 мм, в 2005 – 29 мм.

Рисунок 2. Количество выпавших осадков.

1. В августе 2010 года жидкие атмосферные осадки в г. Наволоки выпадали в течение 13 дней наблюдения. Из них только в четырех случаях кислотность соответствовала пределу от 5,6 до 7, и такие дожди можно назвать «чистыми», в остальных 9 случаях рН был ниже 5,6, т. е. атмосферные осадки носили кислотный характер.
2. За тот же период 2005 года жидкие атмосферные осадки в г. Наволоки выпадали в течение 9 дней наблюдения. Из них в течение 6 дней выпадали «чистые дожди», и только три раза – «кислотные».

Рисунок 3. Кислотность атмосферных осадков.

1. Из таблицы 2 и рисунка 3 видно, что атмосферные осадки с кислотностью ниже 5,6 не являются редкостью для г. Наволоки, так, в августе 2005 года они были зафиксированы три раза. Однако, значение их рН были гораздо выше (5,3; 5,4; 5,5), чем в августе 2010 (3,9; 4,0; 4,2).
2. Кроме того, из той же таблицы 2 и рисунка 3 видно, что наиболее кислые атмосферные осадки в августе 2010 года выпадали в самом начале периода дождей, сразу после аномальной жары и имели довольно кислый характер. Далее их рН стремится к 5,6, т. е. кислотность атмосферных осадков постепенно нормализуется.

Методика 2.

Описание растительного покрова исследуемых площадок.

Для описания растительного покрова использовали три площадки размером 5×5, находящиеся в разных условиях: под естественной растительностью (Белая гора), под сельскохозяйственными культурами (на приусадебном участке), в месте забора проб атмосферных осадков (поле близ санатория им. Станко). В работе использовали определитель растений И.Н. Алявзиной. Полученные данные обработали по каждому участку, суммировали и выбрали наиболее часто встречающиеся растения, составили таблицу 3.

Результаты исследования 2.

Таблица 3. Растительный покров исследуемых участков.

1. Интенсивное произрастание на исследуемых участках одуванчика, лютика ползучего, пырея и хвоща говорит о том, что почвы нашей местности – уплотненные глинистые или суглинистые с застойной сыростью.
2. Часто встречающиеся на исследуемых почвах растения осота, щавеля обыкновенного и конского, а так же вьюна полевого и мокрицы говорят о кислотном характере почв.

Выводы.

1. В августе 2010 года в г. Наволоки кислотные дожди выпадали в течение 9 дней наблюдения и только в четырех случаях чистые, что значительно превышает соответствующие значения за 2005 год.
2. Значение рН в 2010 году гораздо ниже показаний 2005 г. Наиболее кислые атмосферные осадки выпадали в самом начале периода дождей 2010 года, далее их рН постепенно нормализуется.
3. Растительный покров характеризует почвы нашей местности как кислые уплотненные глинистые или суглинистые с застойной сыростью.

Список литературы.

1. Жара 2010. http://www.Wikipedia.ru//.
2. ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов» http://www.gosthelp.ru//.
3. Огород и земледелие http://www.nature-home.ru
4. Н.В. Винокурова, В.В. Трушин «Глобальная экология». М. Просвещение 1992.
5. И.Н. Алявзина «Определитель растений». М. 1990.