особенности оз. Киран

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Как известно, окружающая нас природная среда не только многому учит, но и воспитывает, что особенно актуально для учителя, ведущего предметы естественнонаучного цикла. Поэтому учитель химии, также как и биологии, географии, физики, должен знать родную природу, уметь раскрыть перед учащимися ее богатство, красоту, показать грандиозность перемен в природе, связанных с деятельностью человека, с его коллективным трудом, научить любить, изучать и охранять природные богатства.

Живое общение с природой стимулирует интерес учащихся к ее изучению и способствует эстетическому воспитанию. Одновременно воспитывается чувство любви к родному краю, что служит хорошей основой для воспитания патриотизма. Развитие эстетического чувства и поддержание интереса к изучению природы во время экскурсий требуют от учителя высокого педагогического мастерства. О благотворном влиянии экскурсий на воспитание учащихся говорили многие выдающиеся педагоги и методисты.

Одной из характерных тенденций современного образования является возрастание роли регионализации в обучении и воспитании молодежи. Природное, культурно-историческое, социально-экономическое своеобразие местности предопределяет отбор содержания регионального компонента образования, усвоение которого позволяет выпускникам школы адаптироваться к условиям жизни в ближайшем социуме, проникнуться любовью к родной земле, воспитать у себя потребность в рациональном использовании природных богатств, в охране окружающей среды. Стратегия государства в области образования, в частности проводимые реформы, вариативность и регионализация, имеют место во всех регионах, в т.ч. и в Бурятии.

В связи с этим выбранная тема актуальна, имеет определенное научное и практическое значение.

Цель работы – выявить природные особенности оз. Киран и изучить возможности их использования в процессе преподавания школьного курса химии.

Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. дать общую характеристику современному состоянию экосистемы оз. Киран и степени антропогенного влияния на нее за последние десятилетия;
2. провести эксперименты по определению физических и химических свойств воды оз. Киран

Глава 1. РАЙОН, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Озеро Соленое (Киран) (координаты 500 35’ 757” с.ш. 1050 44’ 228”    в.д.), географически расположено в Юго-Западном Забайкалье в долине реки Киран на высоте 612 м над уровнем моря (рис. 1), административно находится в Кяхтинском районе Республики Бурятия. Озеро расположено в 30 км восточнее г. Кяхты и окружено горностепным ландшафтом. Площадь водного зеркала составляет 0,36 - 1 кв. км, глубина 2,5 - 3 м.

1.1. Современная гидрологическая и гидрохимическая обстановка

В озере Соленое (Киран) ежегодно с 2007 г. наблюдалось сокращение поверхности водного зеркала и глубины озера (Егорова, 2007). Озеро заметно обмелело – максимальная глубина, зафиксированная в 2007 г., достигла 3 м, в 2008 г. она составила 2 м, в 2011 г. - 1,7 м. В связи с этим, автор предполагает, что наблюдаемое повышение минерализации воды от 5600 мг/ дм3  произошло в ходе испарительного концентрирования солей, обусловленного наблюдениями в регионе циклическими изменениями годовой суммы атмосферных осадков. Последний полный цикл, включающий «сухую» и «влажную» фазы, продолжался с 1965 по 1998 гг. и составил 34 года.  Начиная с 1999 г. в регионе наблюдается тенденция к снижению годовой суммы атмосферных осадков, сопровождающаяся к тому же более высокой температурой воздуха в теплый период, чем в аналогичный период прошлого цикла (Обязов, 2007).

Согласно типизации озер (см. раздел 1.1.2) озеро относится к типу непересыхающих содово-соленых. По данным, приведенным в сборнике «Минеральные воды ...» (1962), озеро характеризуется как рапное, карбонатное, с большой примесью хлоридов, иловое, с площадью водного зеркала 0,36 км2, глубиной 1,5 м и минерализацией 14 г/л.

Озеро известно своими запасами лечебных грязей. До 2006 г. на базе его гидроминеральных ресурсов функционировала Киранская грязелечебница. В качестве лечебных факторов использовались гидрокарбонатно-хлоридная натриевая рана и иловая сероводородная грязь.

В 2002 г., по данным специальных исследований (Намсараев и др., 2005), особенностью озера являлось пышное развитие аноксигенных пурпурных бактерий, периодически занимающих значительные площади на поверхности сероводородных иловых отложений. В это время на озере отмечено значительное сокращение поверхности водного зеркала и изменение глубины. Максимальная глубина озера, измеренная с помощью эхолота и зафиксированная в июле 2007 г., достигала 3 м. В июле 2008 г. она составила около 2-х метров. Изменения рН были незначительны, колебания составляли от 9,4 до 10,2. Общая минерализация воды в разные годы варьировалась от 4,5 до 8,1 г/л. В нижних слоях водной толщи фиксируется снижение концентрации кислорода и увеличение содержания сероводорода, достигающее в отдельные годы 72-102 мг/л. С этими данными коррелируют значения ОВП, понижение фиксируется от поверхностных слоев к придонным (+245 мВ в поверхностном слое, 184 мВ в придонном). При понижении температуры воды отмечено увеличение концентрации кислорода (от 3,5-7,0 мг/л при 23-25°С до 17 мг/л при 9°С). Выявлены колебания в содержании карбонатов и гидрокарбонатов в разные годы.

1.2. Национально-региональный компонент в основной образовательной программе по химии в школе

Национально-региональный компонент (НРК) – часть Федерального государственного образовательного стандарта и введение его в курс предметов школьной программы не должно и не может быть искусственным или принудительным.

В настоящее время в российской системе образования проходят реформы. Основная задача модернизации образования – значительное обновление содержания образования. Главным условием решения этой задачи, явилось введение государственного стандарта общего образования, который направлен на создание единого образовательного пространства, не только в географическом, но и в социально-культурном смысле, а также на обеспечение равных возможностей получения полноценного общего образования в любых образовательных учреждениях, т.е. государство гарантирует общедоступность и бесплатность общего образования в пределах, определяемых государственным стандартом.

Как известно, для каждого школьного предмета разработаны свои федеральные государственные образовательные стандарты, в которых предусмотрен национально-региональный компонент. Он создает возможности для освоения нравственных, этических и эстетических категорий, обращения к духовным, культурным, экологическим ценностям, позволяет рассматривать естественнонаучное, гуманитарное знание как часть общечеловеческой и национальной культуры.  Присутствует он и в учебном плане по химии. В каждой параллели на этот вопрос отводится 10% учебного времени в год.

Реализация национально-регионального компонента на уроках химии позволяет:

• расширить и углубить базовые компоненты содержания образования;
• внести экологическую и политехническую направленность в обучение химии;
• знакомить с состоянием окружающей среды, с вопросами ее охраны;
• воспитывать у учащихся ответственное отношение к природным ресурсам родного края;

• формировать знания о принципах рационального природопользования, позволяющих развивать производство и при этом обеспечивать охрану окружающей среды.

• изменять психологию школьников в их общении с природой;
• развивать экологическое мышление, чувство личной ответственности за сохранение биосферы;

• проводить профориентационную работу, заключающуюся в знакомстве с профессиями химического профиля, необходимыми на предприятиях и информировать об учебных заведениях, готовящих будущих специалистов;
• привлекать краеведческий материал, воспитывая гордость за Байкальский регион, желание жить на родной земле и приумножать ее богатства;
• работать со специальной литературой, расширять кругозор учащихся, развивать способность к самообразованию.

Варианты реализации содержания НРК

1. Фрагментарное включение материалов в урок в виде сообщений, кроссвордов, расчетных задач с эколого-производственной направленностью;
2. Презентации;
3. Реферативные работы;
4. Уроки диспуты, уроки - исследования; конференции; мастерские,
5. Экскурсии.

При обучении химии применение национально-регионального компонента позволяет увидеть «живую химию», а не сухую бездушную науку. Изучение химии в органической связи с окружающим, позволяют приобщить школьников к человеческой культуре в целом. Поиск, творческая деятельность позволяют сделать химическое содержание личностно-значимым для ученика.

Целенаправленное и регулярное использование на занятиях расчётных задач, специально подобранных упражнений с национально-региональным содержанием, позволят приобщить школьников к человеческой культуре в целом.

Значительная часть учебного времени отводится практической деятельности: изучение производств, организация экскурсий, решение задач с производственным содержанием с использованием регионального материала.

Использование национально-регионального компонента в обучении обеспечивает расширение межпредметных связей и практических умений учащихся, способствует формированию целостного представления о живой и неживой природе родного края и формированию ценностных мировоззренческих взглядов и идей, элементов гражданской ответственности, национальной гордости и экологической культуры.

На занятиях и во время экскурсий школьники изучают и знакомятся с многообразной живой природой родного края, проводят наблюдения и оценивают свое отношение к увиденному. Экскурсии позволяют понять место человека в природных системах и способы рационального природопользования, обобщить знания в области сохранения природы и окружающей среды.

Глава 2.

2.2. Эксперименты с «киранской» водой на уроках химии

Химический анализ основан на фундаментальных законах общей химии, поэтому необходимо использовать аналитические методы и знать свойства водных растворов. С точки зрения анализа особый интерес составляют водные растворы, поскольку в них протекают все физиологические, почвенные и многие технологические процессы. Исследование состава воды Киран провели в два этапа: на первом – качественный анализ, на втором - количественный анализ.

2.1. Определение качественного состава воды. Задачей качественного анализа является обнаружение отдельных элементов или образуемых ими ионов, входящих в состав определённого вещества или смеси веществ. Качественный анализ проводят с помощью химических реакций, сопровождающихся заметными внешними изменениями, например: выделением газа, изменением окраски, образованием или растворением осадков.

Для качественного анализа были использованы следующие реакции:

• Летучие соединения натрия окрашивают бесцветное пламя газовой горелки в характерный жёлтый цвет. Эта реакция очень чувствительна, обнаруживаемый минимум составляет 0,0001 мкг;
• Карбонат- и гидрокарбонат-ионы являются анионами слабой угольной кислоты, которые при добавлении минеральной кислоты разлагаются на углекислый газ и воду;
• Хлориды определяют с помощью нитрата серебра;
• При добавлении нитрата серебра к раствору, содержащему сульфид- ион, образуется черный осадок сульфида серебра;
• Для обнаружения сульфат-анионов используют хлорид бария.

2.2. Методы количественного анализа воды. Задачей количественного анализа является определение содержания отдельных ионов, входящих в состав воды. Количественный анализ выполняется с помощью различных химических, физико-химических и физических методов (Алекин и др., 1973).

Для изучения физико-химического состава воды оз. Кирана были использованы следующие методики.

Определение физико-химических показателей. Температура (оС), рН, общая минерализация воды, содержание растворенного в воде кислорода, карбонатов, гидрокарбонатов определены на месте отбора проб, содержание хлоридов, жесткость воды – в лабораторных условиях. Температуру воды измеряли ртутным термометром. Кислотность среды и окислительно-восстановительный потенциал определяли патенциометрически на полевом рН- метре И-102. Минерализацию воды определяли портативным тестер-кондуктомером TDS-4 (Сингапур).

 Определение растворенного в воде кислорода по методу Винклера. Сущность метода заключается в том, что гидрат закиси марганца в щелочном растворе окисляется за счет растворенного кислорода с образованием гидрата окиси марганца.

Реактивы: раствор хлористого или сернокислого марганца (42,5 г MnCl2*4H2O или MnSO4*4H2O растворить в 100 мл дистиллированной воды); щелочной раствор йодистого калия (75 г КОН или 50 г NаОН и 15 г КI растворить в 100 мл дистиллированной воды); 0,02 N раствор тиосульфата натрия; концентрированная соляная кислота или серная кислота (1:1); 0,5 %-ный раствор крахмала.

Ход анализа. Водой из водоема наполняют кислородные склянки, при этом сливную трубку или сифон опускают до дна склянки. Воду переливают через горлышко склянки, чтобы через воду не проскакивали пузырьки воздуха. Склянки для анализа берут одного объема – 65 или 150 мл. После заполнения склянки водой в нее сразу же вносят 0,5 мл раствора сернокислого марганца и 0,5 мл раствора йодистого калия из расчета на 100 мл воды. Склянку закрывают притертой пробкой так, чтобы не осталось пузырьков воздуха, и содержимое склянки тщательно взбалтывают. Дают осадку осесть примерно в течение 30 мин. Затем добавляют 0,5 мл кислоты, закрывают склянку пробкой и тщательно взбалтывают так, чтобы осадок полностью растворился. Из склянки отбирают 50 мл жидкости, вносят в коническую колбу и титруют тиосульфатом до бледно-желтого цвета, после чего несколько капель крахмала и титруют до обесцвечивания.

Расчет количества растворенного в воде кислорода определяют по формуле:

Скисл = М*8*1000/ V, где

Скисл – количество растворенного кислорода, мг/л; М – количество тиосульфата, пошедшего на титрование 50 мл пробы, мл; 8 – эквивалент кислорода;  N – нормальность тиосульфата;  1000 – коэффициент для пересчета результатов на 1 л;  V – количество раствора, взятого для титрования, мл.

Определение карбонатов и гидрокарбонатов в воде. Карбонат- и гидрокарбонат ионы и СО2 находятся в водных растворах в подвижном равновесии:

СО2 + Н2О ↔ Н+ + НСО3- ↔ 2Н+ + СО32-

Определение СО32- и НСО3- производят в одной пробе титрованием 0,1 N раствором HCl сначала в присутствии фенолфталеина, затем метилового оранжевого. При наличии СО32- прибавляемый к ней фенолфталеин окрасит раствор в розовый цвет. Титрование 0,1N раствором НCl проводят до обесцвечивания. После этого к раствору добавляем индикатор метиловый оранжевый, раствор имеет желтый цвет. Образовавшийся NaHCO3 титруем 0,1 N раствором HCl

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2.

Метиловый оранжевый в конце титрования изменяет окраску на слабо-оранжевую. Если при добавлении фенолфталеина вода не окрасилась в розовый цвет, то СО32- нет, и определяют только НСО3-. Титруют 0,1 N раствором HCl в присутствии метилового оранжевого до появления слабо-оранжевой окраски.

Реактивы: 0,1 N раствор HCl;  0,5 %-ный раствор фенолфталеина, 0,05 %-ный раствор метилового оранжевого.

Ход определения. В конические колбы емкостью 200-250 мл вносят по 100 мл исследуемой воды, добавляют 2-3 кап. фенолфталеина. При появлении розовой окраски титруют 0,1 N раствором HCl до слабо-розовой. Если СО32- нет, определяют сразу НСО3-, титруя в присутствии метилового оранжевого. Концентрацию СО32- рассчитывают (мг/дм3):

Скарб = 2V1*E1*N*1000/V, где

V1 – объем раствора HCl, израсходованного на  титрование в присутствии фенолфталеина, мл; N – нормальность раствора HCl; Е1 – эквивалент СО32-, равняется 30; V – объем исследуемой пробы, мл.

Концентрацию гидрокарбонатов рассчитывают (мг/дм3):

Сгидрокарб = (V2–V1)*E2 *N*1000/V,

где V2 – объем раствора HCl, израсходованного при титровании в присутствии метилового оранжевого, мл;   Е2 – эквивалент НСО3-, равна 61.

В случае отсутствия СО32- концентрацию НСО3-  рассчитывают:

СНСО3- = V2*Е*N*1000/V.

Определение хлоридов. Аргенометрический метод основан на титриметрическом осаждении хлоридов азотнокислым серебром в присутствии хромата калия K2Cr2O4 в качестве индикатора. После осаждения хлорид-ионов хромат калия зеленовато-желтого цвета образует с избытком AgNO3 осадок Ag2Cr2O4 красно-бурого цвета.

Реактивы: 5%-ный раствор хромата калия; 0,1 N раствор хлорида натрия; 0,05 N раствор нитрата серебра.

        Ход анализа. При содержании хлоридов менее 250 мг/дм3 для анализа берут 100 мл воды, при большей концентрации – 10-50 мл. Пробу наливают в две конические колбы, доводят до 100 мл дистиллированной водой, прибавляют 5 капель раствора K2Cr2O4. Раствор в одной колбе титруют AgNO3 до появления слабо-оранжевого цвета, вторая колба служит контролем.

Концентрацию хлоридов определяют по формуле:

Х = А* N*Е*1000/V, где

Х – концентрация хлорид ионов, мг/дм3; А – количество AgNO3, использованного на титрование, мл; N – нормальность раствора AgNO3;  Е – эквивалент хлора, равный 35,5;  V – объем исследуемой пробы, мл.

Определение общей жесткости воды.

Реактивы: 0,1N и 0,05 N растворы трилон Б (этилендиаминтетраацетат натрия, ЭДТАNa); аммиачный буферный раствор; индикатор эриохром черный Т, сухая смесь.

Ход определения. К 100 мл пробы помещают в коническую колбу, добавляют аммиачный буферный раствор и индикатор, титруют раствором трилона Б до изменения окраски. При жесткости воды выше 20 мг-экв/ дм3 титрование следует проводить 0,1 N раствором трилона Б; при жесткости ниже 20 мг-экв/ дм3 – 0,05 N раствором. Объем  исследуемой воды берут с таким расчетом, чтобы содержание в нем ионов кальция и магния не превышало 0,5 мг-экв/ дм3 в 100 мл.

Вычисление общей жесткости производят по формуле (мг-экв/ дм3):

Ж = А* N*1000/ V, где

Ж – общая жесткость, мг-экв/ дм3; А – количество трилона Б, израсходованного на титрование, мл; N – нормальность трилона Б; V – объем пробы, мл.5

Результаты исследований

Результаты изучения гидрохимии озера Киран показали, что воды исследованного озера характеризовались сильно щелочным значением рН (10,68) (табл. 9). Температура воды в период исследований составила 23 оС. Окислительно-восстановительный потенциал достигал – 177 мВ, что свидетельствует об активной роли бактерий в формировании лечебных сероводородных илов в озере. По степени минерализации водоем относится с соленым озерам, содержание растворенных веществ в воде составило 5,85 г/ дм3.   

Таблица 9

Физико-химическая характеристика воды озера Киран

В воде исследованного озера присутствовал растворенный кислород в концентрации 34 мг/ дм3 (табл. 10).

        Гидрокарбонатные и карбонатные ионы – важная составная часть химического состава природных вод. Оба иона являются производными угольной кислоты, находятся в растворе в динамическом равновесии. Характерной особенностью озера Киран является  высокое содержание в воде карбонатов и гидрокарбонатов, которые обуславливают щелочную реакцию среды. Содержание карбонатов и гидрокарбонатов составляло 1140,0 мг/ дм3 и 2836,5 мг/ дм3 соответственно. По преобладающим анионам и минерализации озеро Киран можно отнести к содово-соленым.  

По количеству анионов хлорид-ионы в воде озера занимали второе место после гидрокарбонатов. Высокое содержание анионов обуславливает высокие значения минерализации.  

Таблица 10

Гидрохимический состав воды озера Киран

Общая жесткость воды определяется содержанием двухвалентных катионов, главным образом, кальция и магния. Карбонатная жесткость обусловлена наличием бикарбонатов и карбонатов кальция и магния. Вода с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/ дм3 относится к мягкой, от 3,5 до 7 мг-экв/ дм3 – к воде средней жесткости, от 7 до 10 мг-экв/ дм3 – к жесткой. Озеро характеризовалось высоким содержанием ионов кальция и магния, последний ион преобладал в воде оз. Киран. По суммарному содержанию магния и кальция вода озера относится к воде средней жесткости, ее общая жесткость составила 6,5 мг-экв/ дм3.

ВЫВОДЫ

1. Озеро Киран относится к непересыхающим содово-соленым озерам Южного Забайкалья. Оно характеризуется как рапное, карбонатное, с большой примесью хлоридов, иловое, с площадью водного зеркала 0,36 км2, глубиной 1,5 м и минерализацией 14 г/л.
2. Экологическое образование и воспитания учащихся и работу по изучению и сохранению озера Киран необходимо продолжить в плане написания экологических проектов по их дальнейшему изучению и сохранению, особенно проектов, направленных на практическую природоохранную деятельность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Нормативные документы

Приказ Министерства образования и науки России № 1994 от 09.06.2011 г. «О внесении изменений в федеральный базисный учебный план  и примерные учебные планы для образовательных учреждений Российской Федерации, реализующих программы общего образования, утверждённые приказом МОиН РФ от 09 марта 2004 года №1312».

Образовательный стандарт основного общего образования по химии (приказ Министерства образования и науки Российской Федерации "Об утверждении федерального компонента государственных образовательных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования" от 05.03.2004 г. № 1089).

Специальная литература

Алекин О.А., Семенов А.Д.,  Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. - Л.:  Гидрометеоиздат, 1973. – 269 с.

Жуков В.М. Климат // Предбайкалье и Забайкалье. – М.: Наука, 1965. – С. 17-19.

Иметхенов А.Б. Памятники природы Бурятии. – Улан-Удэ: Бурятск. кн. изд-во, 1990.

Картушин В.М. Агроклиматические ресурсы юга Восточной Сибири. - Иркутск, 1969. - 99 с.

Мансурова С.Е. Школьный практикум: Следим за окружающей средой нашего города. - М.: Владос, 2001. – 45 с.

Минеральная вода – чудесный дар природы // Химия в школе. – 2007. - №2.

Минеральные воды южной части Восточной Сибири / Под ред В.Г.Ткачука, Н.И.Толстихина. – М.: Изд. АН СССР, 1962. – Т. 1. – 346 с.

Миркин Б.М., Наумов Л.Г. Изучение биологического разнообразия в сельской школе // Биология в школе. - № 6. - 2006. - С.36-43.

Намсараев Б.Б., Данилова Э.В., Бархутова Д.Д., Хахинов В.В. Минеральные источники и лечебны озера Южной Бурятии. – Улан-Удэ: изд-во БГУ, 2005. – 73 с.

Никаноров А.М. Гидрохимия. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 351 с.

Обручев В.А. Селенгинская Даурия. Орографический и геологический очерк. Л., 1929.

Степанян Л.С. Конспект орнитологической фауны СССР.- М.: Наука, 1990.- 728 с.

Фадеева А.С. Селенгинское среднегорье.- Улан-Удэ: Бурятск. кн. изд-во, 1963.- 169 с.

Халудорова Л.Е. Социоприродная среда как фактор формирования экологической культуры школьников. – Улан-Удэ, 2005. – 144 с.