Исследовательская работа по теме “Научно - технический прогресс и природа”.

Областной телекоммуникационный проект

«Интернет-конференция творческих и исследовательских работ»,посвященный

300-летию М.В. Ломоносова для обучающихсяобразовательных

учреждений Омской области

Секция 1. Естественные науки и техника (астрономия и космонавтика, физика, техническое творчество и изобретательство, химия).

“Научно - технический прогресс и природа”.

Автор: Булавина Оксана Анатольевна, 9 класс,

МОУ “Ореховская СОШ”

Научный руководитель: Загрубина Светлана Ивановна,

учитель математики 1 категория

МОУ “Ореховская СОШ”

Но плохо нас природа защитила:

Любое вещество не то, что в час –

В одно мгновение истребляет нас.

Дж. Байрон. « Дон Жуан.»

Цель: исследование антропогенных воздействий на природу.
Задачи:

1. рассчитать объем выделившегося угарного газа, углеводорода и диоксид азота при сгорании 1 – го литра горючего  в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива;
2. рассчитать количество чистого воздуха, необходимого для разбавления выделившихся вредных веществ. Для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды;
3. расчет количества свинца, поступающего в почву придорожных зон от автотранспорта.

Методы исследования:

1. причинно-следственного анализа;
2. моделирования;
3. статистический;
4. сравнительно-исторического анализа литературы;
5. анкетирования и интервью.

Активная деятельность человека по созданию особой среды обитания со своими законами и парадоксами не только приводит к нарушению природного равновесия, но и создает экологическую угрозу для жизни грядущих поколений людей. Поэтому среди современных проблем, стоящих перед мировым сообществом, особенно выделяется одна – проблема  ухудшения   качества  среды обитания человека. Загрязнение окружающей среды (ОС) по своей природе может быть физическим, химическим, биологическим.

Физическое загрязнение ОС непосредственно влияет на физические характеристики ОС – температуру, освещенность, уровень шума и т. д.

Биологическое загрязнение ОС характеризуется привнесением  живых организмов – нежелательных или нехарактерных для данной экосистемы.

Химическое загрязнение ОС в первую очередь изменяет химический состав ОС – атмосферы, гидросферы, почвы.

    Как видно из  Граф - схемы химические загрязнения окружающей среды подразделяются на естественные загрязнения ОС (вызываются процессами, происходящими в природе без вмешательства человека) и антропогенные загрязнения ОС – следствие деятельности человека. Антропогенными источниками являются: энергетика, транспорт, сельское хозяйство, промышленность, коммунально-бытовые системы.

    В промышленно развитых странах основной источник загрязнения атмосферы – автотранспорт, парк которого непрерывно растет. Если в 1900году на планете насчитывалось около 6000 автомобилей, то к 2000 году их число достигло 500 миллионов. С улучшением благосостояния населения увеличивается число личных автомобилей в сельской местности. В  село  Орехово  за  последние  5  лет  число автомобилей  увеличилось  в  1,5 раза, за последние18 лет  число автомобилей  увеличилось  в  4  раза .  

Количестоа покумаемых автомобилей по годам.

(Орехово)

               Доля  автотранспорта  в  загрязнении  атмосферы  продуктами  сгорания  горючего.

Если в больших городах на выхлопные газы автомобилей приходится от 30% до 50% загрязнений воздуха, то в небольших городах и сельской местности уже 80% загрязняющих веществ поступает в атмосферу не из заводских труб, а из выхлопных труб автомобилей. В состав выхлопных газов входит 1200 компонентов, в том числе оксид углерода, оксид азота, углеводороды, альдегиды, оксиды металлов (наиболее вредный – оксид свинца), сажа и друг.

Приблизительный состав выхлопных газов автомобилей.

Нами были проведены исследования по определению количества антропогенных загрязнений, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта. Цель данного исследования: рассчитать объем выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива и рассчитать количество чистого воздуха, необходимого для разбавления выделившихся вредных веществ. Для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды.

Для  достижения  данной  цели  мы  посчитали  число  единиц  автотранспорта, проходящего  по  участку  дороги  длинною  1  км.  за  15  мин. Затем  рассчитали  общий  путь, пройденный   выявленным  числом  автомобилей  каждого  типа  за  час по  формуле :L=n*4*S, где  n-число  автомобилей  каждого  типа  за  15  мин.,  S- длина  выбранного  участка  наблюдения. После этого  определили количество сжигаемого топлива разного вида, при  движении по исследуемому участку дороги. Для этого удельный расход топлива (Y- удельный расход топлива, литры на 1 км., в городском  режиме) умножили на общий путь. (Q=L*Y)

Результат  получился следующий:  на  исследуемом участке  легковые автомобили сжигают 3,36  литров  бензина, грузовые автомобили-1,24  литров  бензина.

Затем  мы  рассчитали  объём  выделившихся  вредных  веществ в  литрах  при  нормальных  условиях  по каждому  виду  топлива. Для расчета  были использованы данные  таблицы  «Коэффициенты  выброса», в которой  приведены  значения эмпирических  коэффициентов (К), определяющих выброс  вредных веществ  от автотранспорта  в зависимости  от  вида горючего (при сгорании  1 –го литра горючего). Объём вредных выбросов определили путем умножения количества сжигаемого топлива легковыми и грузовыми автомобилями на эмпирический коэффициент (коэффициент, полученный исследовательским методом, основанным на описании фактов, без последующих заключений и теоретических обобщений).

Объем вредных выбросов.

Результаты получились следующие:

1. угарного газа  выделяется  2,76 литра;
2. углеводородов-0,046 литра;
3. диоксид азота -0,184 литра.

Для разбавления выделившихся вредных веществ с целью обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды  необходимо чистого воздуха:

1. 920 м3  для разбавления угарного газа;
2. 107 м3  для  разбавления  углеводородов;
3. 2165 м3  для разбавления  диоксида азота.

Объём чистого воздуха необходимого для разбавления  выделившихся вредных  веществ рассчитывали по формуле: V=N/ПДК, где V-объём воздуха необходимого для разбавления вредных веществ, ПДК - предельно допустимый коэффициент, N- количество вредных веществ в литрах.

Объем чистого воздуха, необходимого для разбавления выделившихся  веществ.

      Общий объём чистого воздуха необходимого для разбавления вредных веществ равен 3195 м3. Данный объём  чистого воздуха   мы сравнили с  объём воздуха над выделенным участком автомагистрали (или условным объемом, считающимся замкнутым (допущение: объём воздуха является замкнутым, т. е. воздух, находящийся в нём не подвергается вертикальному и горизонтальному перемешиванию; не происходит его очищение и обновление посредством зелёных насаждений)).  

Vусл. =L*a*h=1000 м *70 м*2 м=140000 м3, где (L) длина исследуемого участка дороги; (а) ширина равная ширине проезжей части (50 м) + ширина двух тротуаров (2*5=10); (h) высота активной зоны биосферы равна 2 м (т. е. на данной высоте токсичные вещества поступают на уровень дыхания человека).

Vусл. /Vоб=140000 м3/3195 м3=44 раза

Мы видим, что условный объём воздуха  всего в 44 раза больше объёма воздуха необходимого для разбавления выделившихся вредных веществ. Если учесть, что в летнее время интенсивность движения транспорта увеличивается в 2 раза, то  и количество выбросов вредных веществ увеличивается в 2 раза, следовательно, условный объем воздуха будет всего в 22 раза больше объёма воздуха необходимого для разбавления выделившихся вредных веществ.  А если учесть прирост автотранспорта  на последующие годы, то  к 2017 году  отношение условного объёма к общему объему необходимому для разбавления  будет равно 11, а 2041 году близким к 1 или к критическому значению. При дальнейшем увеличении количества автотранспорта отношение условного объема к объему необходимому для разбавления вредных выбросов будет меньше 1, что ниже санитарно допустимых условий окружающей среды.

Из этого следует, что экологическая проблема, связанная с транспортом  касается не только больших городов, но и малых городов и сёл.

        Кроме этого автомобильный транспорт, использующий этилированный бензин является основным мобильным источником свинцового загрязнения окружающей среды. В настоящее время в России насчитывается около 20 мил., автомобилей, а прирост парка автомобилей в среднем составляет около 12% в год, суммарное поступление свинца в атмосферу от автотранспорта на территории России оценивается около 4 000 тонн в год.

При движении автомобиля  выбрасывается в атмосферу, осаждается на землю, попадает в поверхность воды от 25 до 75% свинца, входящего в состав бензина. Из них 30% оседает на землю сразу за срезом выхлопной трубы, а 40% в качестве аэрозоля перемещается в соответствии с розой ветров и осаждается на удалении от места выброса.

Вторым этапом нашего  исследования  был расчет количества свинца, поступающего в почву придорожных зон от автотранспорта. Для решения данной задачи также как и в первом случае, мы посчитали число единиц автотранспорта, проходящего по участку дороги длинною 1 км, за 15 мин, общий путь, пройденный автомобилями, количество топлива сжигаемого при движении по исследуемому  участку. Затем рассчитали количество свинца  содержащегося в сжигаемом топливе по формуле: m(Pb)=Q(л)*c(Pb), где m- масса выделившегося свинца в граммах ,Q-количество сжигаемого топлива, а c-количество свинца содержащегося  в одном литре этилированного бензина. Результаты получились следующие:

m (Pb) =3, 36*0.25=0, 84 гр. (легковые автомобили)

m (Pb) =1.24*0.25=0.62 гр. (грузовые автомобили)

m (Pb) =0.84+0.62=1.46 гр. (общее)

Если учесть, что около 70% свинца, добавленного к бензину, попадает в окружающую среду с отработанными газами, из них 30%  оседает на земле сразу за срезом выхлопной трубы, а 40%  в качестве аэрозоля перемещается в соответствии с розой ветров и осаждается на удалении от места выброса, то общая масса свинца, попадающая в окружающую среду равна m(Pb)о.с.= m(Pb)*0.7=1.46*0.7=1.022 гр.

Масса свинца,  оседающая  на землю сразу за срезом  выхлопной трубы

m (Pb)почв.= m(Pb)*0.3=1.46*0.3=0.438 гр.

Масса свинца, осаждаемая на удалении от места выброса

m (Pb)аэроз.= m(Pb)*0.4=1.46*0.4=0.458 гр.

Таким образом, на выделенном участке магистрали длиною 1 километр, за 1 час с выхлопными газами выбрасывается  1.022 грамм свинца.

Автомобиль загрязняет почву свинцом вдоль автострады в полосе шириной 50 – 100 метров, а если дорога идет вверх и машина газует, то загрязненная полоса имеет ширину 400 метров!

    Свинец, загрязняющий почву, накапливается растениями, которыми питаются животные. С молоком и мясом металл попадает в организм человека, накапливаясь в костной ткани, печени, почках  может стать причиной тяжелых болезней.

Свинец отрицательно действует на нервную систему человека, снижает его физическую активность, координацию, слух. Он воздействует на сердечно-сосудистую систему, что приводит к заболеваниям сердца, часто сопровождающимся необратимыми изменениями. Воздействие свинца нарушает репродуктивную функцию организма, в связи, с чем растёт число выкидышей и врождённых заболеваний у детей.

    Самое опасное воздействие свинца – на детей. Так в городе Красноуральске среднее содержание свинца в крови  детей  достигло 13,1 мкг/дл при предельно допустимом значении 10 мкг/дл, у 76% детей отмечается задержка в развитии. При накоплении в организме свинца у детей  могут возникнуть проблемы в поведении и обучении.

    Загрязнения окружающей среды  свинцом и его соединениями, а также антропогенными загрязнениями, вызывающие деградацию среды обитания и наносящие ущерб здоровью населения, признано международным сообществом одной из основных природоохранных проблем.

Наше время настало, ребята,

Родную природу беречь и любить.

Ведь для каждого очень важно,

Как на нашей планете жить.

Нам, как радость, нужны и понятны

Шум лесов и ручьёв хлопотливая речь.

Так давайте же вместе, ребята,

Родную природу беречь и любить!

Литература

1. Электронное издание “ЭКОЛОГИЯ”

2. Электронное издание “ФИЗИКА” 7-11 классы