Исследование снежного покрова.Определение механических и химических загрязнителей

ИССЛЕДОВАНИЕ СНЕЖНОГО ПОКРОВА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

(статья)

Баранова Анастасия, Бакшанская Екатерина

МОУ«СОШ № 289 с углубленным изучением отдельных предметов», г.Заозерск , Мурманская область,  8 класс

Руководитель: Кокорина С.Е., учитель химии

Снег оказывает огромное влияние на климат, рельеф, почвообразовательные процессы, жизнь растений и животных. Благодаря малой теплопроводности он предохраняет почву от сильного выхолаживания. Снег  – один  из наиболее информативных   и удобных индикаторов загрязнения окружающей среды. Различные загрязнители, попадающие  в снег в результате хозяйственной деятельности человека, при таянии проникают в почву и накапливаются в ней, что не может не сказаться на растительных и животных объектах, на экологическом состоянии района.

Цель работы: изучение свойств снежного покрова школьной территории  и близлежащих окрестностей,  исследование  его состава на наличие механических и химических загрязнителей.

Для реализации поставленной цели были намечены задачи исследования:

• изучить свойства снежного покрова: глубину, плотность, температуру;
• определить наличие взвешенных частиц;
• оценить кислотность снега;
• определить наличие в снеге химических веществ загрязняющего характера;
• сравнить исследуемые показатели в разных точках опытного участка;
• сделать выводы об экологической обстановке в окрестностях школы.

Объект исследования:  снежный покров пришкольного участка и близлежащей территории, предмет  исследования: свойства и состав снега.

В работе использовались  общенаучные методы исследований:

• теоретический (анализ литературных и Интернет - источников);

• эмпирические (сравнение, сопоставление,  химический эксперимент);
• математические (расчет и статистическая обработка результатов исследований);
• метод визуализации данных (диаграммы, таблицы).

Для исследования была выбрана территория окрестностей школы. Определены цели и задачи исследования, изучена литература по данному вопросу и проведены собственные наблюдения для оценки загрязнения снега, сделаны выводы по экологическому состоянию микрорайона школы, разработаны рекомендации и предложения.

Исследования снега проводили  в светлое время суток. Сначала измеряли глубину снега.  Глубина снежного покрова в разных точках опытного участка составляла от  20см около дороги до  80см на заснеженной части склона сопки. Неодинаковая глубина снежного покрова на разных участках может быть связана с рельефом местности, и  особенностями деятельности человека.

Для дальнейших исследований сделали срез снежного покрова  и измеряли температуру на разной глубине. Результаты эксперимента показали, что температура  снега в более глубоких слоях снежного покрова выше, чем у поверхности. Это связано с тем, что в слоях снега есть воздушные прослойки, которые задерживают тепло. При полном отсутствии снежного покрова,  почва промерзла бы полностью. Это привело бы к абсолютному отсутствию какой-либо растительности. Таким образом, снежный покров - не только запас влаги, но и «гигантское одеяло»,  предохраняющее землю от переохлаждения. 

Для изучения структуры, плотности и состава  снега брали пробы по всей глубине среза. Образцы снега, взятые с опытного участка, поместили в сосуды. Оставили их до полного таяния снега при комнатной температуре. Из образцов снега, взятых на большей глубине, получили большее количество воды, что свидетельствует о том, что снег в нижних слоях плотнее. Плотность снега зависит от многих факторов: оседания под собственным весом (от толщины снегового покрова), уплотнения при ветре, изменений при оттепелях, выпадения жидких осадков, солнечной погоды, времени года и рельефа.

Поскольку снег не является абсолютно чистым (особенно у дорог), исследовали его состав на содержание механических и химических загрязнителей. Для этого по специальным методикам определяли: содержание взвешенных частиц [2]; цвет, прозрачность, запах[3]; кислотность; химические загрязнители, в том числе ионы тяжелых металлов[1];

Содержание взвешенных частиц(С) определяли путем фильтрования талой воды через бумажный фильтр, последующего высушивания на  бумажном фильтре осадка до постоянной массы и взвешивания.  Для анализа брали 1000мл воды каждой пробы. Содержание взвешенных веществ в мг/л в испытуемой воде определяем по формуле:    

                              где m1- масса бумажного фильтра до опыта, мг

                              m2- масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц , мг

                              V-объем воды для анализа в л.; ПДК =  10 мг/л.  

 Для достоверности эксперимента каждое взвешивание проводили трижды. Во всех пробах верхнего слоя снега нашего опытного участка осадка не обнаружили; небольшое содержание взвешенных частиц в нижнем слое  связанно с попаданием в пробу частичек почвы и травы при её взятии. В пробе снега, взятого у дороги, обнаружили большое содержание механических примесей.

                               Результаты определения взвешенных частиц                      Таблица 1

Для диагностики цветности [3] , как одного из показателей состояния воды, брали стеклянный стакан и лист белой бумаги. В сосуд наливали воду и на белом фоне бумаги определяли цвет воды (голубой, зеленый, серый, коричневый) - показатель определенного вида  загрязнения. Установили разницу в цвете. В разных пробах цвет изменяется от светло-серого на школьном участке до грязно-бурого у дороги.

Для определения прозрачности воды [3] использовали стеклянный мерный цилиндр с плоским дном. По высоте столба читабельности оценивали прозрачность талой воды с разных участков. Показатель прозрачности снега взятого у дороги (14см) в три раза меньше, чем у проб, взятых с пришкольного участка(43см).

Запах определяли по методике [2]. Отсутствие запаха практически на всей глубине снежного покрова говорит о благоприятной экологической обстановке  в окрестностях нашего опытного участка. Травянистый запах самого нижнего слоя обусловлен наличием сохранившейся прошлогодней растительности. У дороги запах неопределённый, он не подходит не под одно из приведенных в данной методике описаний.

Определение химических загрязнителей

Промышленные предприятия, автомобильный транспорт выбрасывают в атмосферу оксиды азота, серы,  углерода, которые в атмосфере, соединяясь с водой, образуют кислоты.   Они губительно действуют на живые организмы, строения, памятники. Кислотность определяли по изменению окраски универсальной индикаторной бумаги.  Установили, что среда растворов во всех пробах школьного участка нейтральная. Участок  у дороги показал слабокислую среду (рН=5,5). Повышение кислотности связано с выбросами автомобилей, поток которых по данному участку в течение зимы интенсивный. 

Используя специальные методики можно выявить в снеге  конкретные химические вещества, которые попадают в него в результате антропогенного воздействия. С помощью качественных реакций [1,3] определяли содержание хлорид-, сульфат- и сульфит-ионов в исследуемых пробах. Обнаружили, что во всех пробах снега, взятых с пришкольной сопки, содержание ионов Cl-, SO42-, SO32- менее 1 мг/л (см.таблицу 2).  В пробе снега, взятой с участка у дороги, было обнаружено повышенное содержание хлорид-ионов (Cl-), более 10мг/л (помутнение раствора в присутствии нитрата серебра). Возможно, это связано с тем, что для борьбы с гололедом дороги посыпают солью-хлоридом кальция, а  участок школьной сопки лишен такого воздействия.

Такие металлы как железо, свинец и медь вредны для здоровья человека.  Попадая в организм в огромных количествах, они влияют на обмен веществ, нервную систему и мозговую деятельность [4].  В результате качественного анализа [1,5] снежного покрова на содержание катионов этих металлов было обнаружено повышенное содержание Fe3+ и Pb2+ в снеге прилегающей к школьной территории  автодороги, что обусловлено влиянием транспорта.

Обнаружение свинца (Pb2+): в пробирку  с пробой       внесли 1мл 50% раствора    уксусной кислоты, добавили  0.5мл 10% раствора хромата калия. При наличии в исследуемой пробе ионов свинца выпадает желтый осадок свинца, если содержание катионов свинца более 100мг/л. При помутнении раствора концентрация катионов более 20мг/л, а при опалесценции – 0,1мг/л.

Обнаружение  катионов железа    (Fe3+): в пробирку  добавили 10 мл пробы, 1 каплю концентрированной азотной кислоты, 2-3 капли пероксида  водорода и 0,5 мл раствора роданида аммония. При содержании железа менее 0,1мг/л окраска отсутствует, при 0,5мг/л появляется слабое розовое окрашивание, при 10 мг/л –ярко-розовое, при более 100мг/л – красное (метод основан на использовании реакции взаимодействия ионов железа с роданид-ионами: Fe3+ + 6CNS- = [Fe(CNS)6]3- , что приводит к красному окрашиванию.

Обнаружение катионов меди   (Cu2+): в фарфоровую чашку поместили     3-5мл пробы, осторожно выпарили  досуха и нанесли на периферийную  часть пятна каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно-синей или фиолетовой окраски  свидетельствует о присутствии ионов меди Cu2+: Cu2++ 4NH4OH→[Cu(NH3)4]2++ 4H2O (см. таблицу 2).

Результаты анализа снега на выявление химических загрязнителей          Таблица 2

Капельный анализ проб снега [6] также показал наличие в снежных пробах у дороги повышенное содержание ионнов свинца и железа.

Заключение и выводы

В настоящей работе проведены исследования  свойств снега: плотности и температуры в зависимости от глубины покрова. Определены органолептические показатели талой воды (цвет, запах, прозрачность), наличие взвешенных частиц, кислотность на разных участках. Выполнен качественный анализ снега на наличие химических загрязнителей (хлорид-, сульфат- и сульфит-ионов), катионов тяжелых металлов. Проведен сравнительный анализ результатов проб снега с ПДК компонентов,  что позволило выявить зависимость  чистоты снежного покрова от антропогенного действия человека на разных участках и разработать рекомендации и предложения по ограждению человека от негативных воздействий. По результатам работы сформулированы выводы:

1. Снег-это гигантское «одеяло», защищающее землю от промерзания.
2. Снег не является абсолютно чистым и может содержать различные примеси.
3. На пришкольном участке механических и химических загрязнителей, в том числе ионов тяжелых металлов, в опасных  концентрациях не обнаружено (в сравнении с ПДК).
4. Экологическое состояние  окружающей среды на территории школы в пределах нормы.
5.  Установлено повышенное содержание  механических примесей, хлорид – ионов, а также ионов свинца и железа в пробах снега близлежащей автодороги, что обусловлено воздействием выхлопных газов автомобилей, использованием химических реагентов для борьбы с гололедом и иных результатов деятельности человека.
6. Содержащиеся в снежном покрове химические загрязнители при таянии попадают в почву, из года в год накапливаются в ней,  проникают в растительные и животные организмы. Накапливаясь в организме человека, могут вызывать нарушения функций кровообращения, мозговой деятельности, обмена веществ, аллергические реакции.

Рекомендации и предложения:

• во избежание попадания и негативных воздействий на организм солей тяжелых металлов и других химических загрязнителей, не использовать в лечебных целях и в пищу растения, грибы и ягоды, произрастающие вдоль автодорог;
• следить за состоянием окружающей среды в своем микрорайоне, используя данные учебно-исследовательских работ;
• знакомить с экологическими проблемами учащихся своей школы, родителей, жителей города;
• для изменения ситуации в лучшую сторону необходим  переход  на экологически чистое топливо, сокращение выпуска  этилированного бензина, являющегося причиной свинцового загрязнения.

Работа имеет возможность дальнейшего продолжения  по выявлению химических загрязнителей в  почве и произрастающих на ней растительных объектах.

Литература

1. Астафуров В.И. Основы химического анализа.- М.: Просвещение, 1982г.-160с.
2. Асеева З.Г., Харьковская Н.Л. Анализ воды из природных источников. //Химия в школе.- 1997- №3-с.62
3. Габриелян О.С. Химия 8 класс //Учебник.- М.: Дрофа, 2010г.- с.183
4. Мартин Р. Бионеорганическая химия токсичных ионов металлов // Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. - М.: Мир, 1993.- 368 с.
5. Харьковская Н.Л., Ляшенко Л.Ф., Волынцева H.A. Железо и окружающая среда // Химия в школе.- 1998.- № 5.- c. 11-16.
6. Н.Л.Харьковская.  «Использование капельного анализа на уроках химии». «Химия в школе»  №1,1995г.