Загрязнение снега

МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 127» г. Омска

Научно-практическая конференция обучающихся

Секция «Естествознание»

Загрязнение снега

Прокофьева Наталья Сергеевна

ученица 8 класса МОУ «СОШ № 127»

Ленинского административного округа

г. Омска

Руководитель:

Шаманина Наталья Сергеевна

учитель химии МОУ «СОШ № 127»

Ленинского административного округа

г. Омска

Омск-2011

Содержание

Введение

В последние годы наблюдается тенденция увеличения выбросов в воздушные бассейны сел загрязняющих веществ. Атмосфера претерпевает огромные изменения в связи с хозяйственной деятельностью человека: работа промышленных и энергетических предприятий, работа автотранспорта и т.д. сказывается на качестве атмосферных садков. Знакомые с детства строки:

Белый снег пушистый,

Падая, ложится…

На деле оказываются вовсе вымыслом, так как белого, пушистого, свежего снежка в последнее время практически не наблюдается ,  особенно в черте города. Исследование и мониторинг загрязнения снега – это один из способов изучения загрязненности атмосферы

Итак, объект рассмотрения – снег.

Предмет – загрязнение снега.

Цель работы – провести сравнительный анализ загрязненности проб снега

В соответствии с целью работы были выделены следующие задачи:

рассмотреть понятие «атмосферное явление», виды атмосферных осадков;

определить понятие «снег»;

рассмотреть виды загрязнения атмосферы;

отобрать пробы снега для сравнительного анализа;

описать внешний вид образцов снега;

сравнить чистоту образцов снега;

определить рН снега;

обнаружить органические загрязнители в снеге.

Работа проводилась на базе МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 127».

Глава 1. Снег как атмосферное явление

Атмосферные явления

Атмосферные явления представляют собой важный элемент погоды: от того, идёт ли дождь или снег, отмечается ли туман или пыльная буря, бушует ли метель или гроза, в значительной степени зависит как восприятие текущего состояния атмосферы живыми существами (человек, животные, растения), так и воздействие погоды на находящиеся под открытым небом машины и механизмы, постройки, дороги и т.д. Поэтому наблюдения за атмосферными явлениями (их правильное определение, фиксация времени начала и прекращения, колебаний интенсивности) на сети метеостанций имеют большое значение.

Одними из атмосферных явлений являются осадки, выпадающие на земную поверхность

Монотонные осадки

Дождь Жидкие осадки в виде капель диаметром от 0.5 до 5 мм. Отдельные капли дождя оставляют на поверхности воды след в виде расходящегося круга, а на поверхности сухих предметов - в виде мокрого пятна.

Переохлаждённый дождь Жидкие осадки в виде капель диаметром от 0.5 до 5 мм, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0...-10°, иногда до -15°) - падая на предметы, капли смерзаются и образуется гололёд.

Ледяной дождь. Твердые осадки, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0...-10°, иногда до -15°) в виде твёрдых прозрачных шариков льда диаметром 1-3 мм. Внутри шариков находится незамёрзшая вода - падая на предметы, шарики разбиваются на скорлупки, вода вытекает и образуется гололёд.

Снег Твердые осадки, выпадающие (чаще всего при отрицательной температуре воздуха) в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев. При слабом снеге горизонтальная видимость (если нет других явлений - дымки, тумана и т.п.) составляет 4-10 км, при умеренном 1-3 км, при сильном снеге - менее 1000 м (при этом усиление снегопада происходит постепенно, так что значения видимости 1-2 км и менее наблюдаются не ранее чем через час после начала снегопада). В морозную погоду (температура воздуха ниже -10...-15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба: отдельно отмечается явление мокрый снег - смешанные осадки, выпадающие при положительной температуре воздуха в виде хлопьев тающего снега.

Дождь со снегом. Смешанные осадки, выпадающие (чаще всего при положительной температуре воздуха) в виде смеси капель и снежинок. Если дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков намерзают на предметы и образуется гололёд.

Моросящие осадки

Жидкие осадки в виде очень мелких капель (диаметром менее 0.5 мм), как бы парящих в воздухе. Сухая поверхность намокает медленно и равномерно. Осаждаясь на поверхность воды не образует на ней расходящихся кругов.

Переохлаждённая морось.Жидкие осадки в виде очень мелких капель (диаметром менее 0.5 мм), как бы парящих в воздухе, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0...-10°, иногда до -15°) - оседая на предметы, капли смерзаются и образуется гололёд.

Снежные зёрна . Твердые осадки в виде мелких непрозрачных белых частиц (палочек, крупинок, зёрен) диаметром менее 2 мм, выпадающие при отрицательной температуре воздуха.

Ливневые осадки

Ливневой дождь . Дождь ливневого характера.

Ливневой снег. Снег ливневого характера. Характеризуется резкими колебаниями горизонтальной видимости от 6-10 км до 2-4 км (а порой до 500-1000 м, в ряде случаев даже 100-200 м) в течение периода времени от нескольких минут до получаса (снежные "заряды").

Ливневой дождь со снегом. Смешанные осадки ливневого характера, выпадающие (чаще всего при положительной температуре воздуха) в виде смеси капель и снежинок. Если ливневой дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков намерзают на предметы и образуется гололёд.
Снежная крупа. Твердые осадки ливневого характера, выпадающие при температуре воздуха около нуля° и имеющие вид непрозрачных белых крупинок диаметром 2-5 мм; крупинки хрупкие, легко раздавливаются пальцами. Нередко выпадает перед ливневым снегом или одновременно с ним.

Ледяная крупа. Твердые осадки ливневого характера, выпадающие при температуре воздуха от -5 до +10° в виде прозрачных (или полупрозрачных) ледяных крупинок диаметром 1-3 мм; в центре крупинок - непрозрачное ядро. Крупинки достаточно твёрдые (раздавливаются пальцами с некоторым усилием), при падении на твёрдую поверхность отскакиваютВ ряде случаев крупинки могут быть покрыты водяной плёнкой (или выпадать вместе с капельками воды), и если температура воздуха ниже нуля°, то падая на предметы, крупинки смерзаются и образуется гололёд.

Град .Твердые осадки, выпадающие в теплое время года (при температуре воздуха выше +10°) в виде кусочков льда различной формы и размеров: обычно диаметр градин составляет 2-5 мм, но в ряде случаев отдельные градины достигают размеров голубиного и даже куриного яйца (тогда град наносит значительные повреждения растительности, поверхностей автомобилей, разбивает оконные стёкла и т.д.). Продолжительность града обычно невелика - от 1-2 до 10-20 минут. В большинстве случаев град сопровождается ливневым дождём и грозой.

Неклассифицированные осадки

Ледяные иглы. Твёрдые осадки в виде мельчайших ледяных кристаллов, парящих в воздухе, образующиеся в морозную погоду (температура воздуха ниже -10...-15°). Днём сверкают в свете лучей солнца, ночью - в лучах луны или при свете фонарей. Нередко ледяные иглы образуют в ночное время красивые светящиеся "столбы", идущие от фонарей вверх в небоНаблюдаются чаще всего при ясном или малооблачном небе, иногда выпадают из перисто-слоистых или перистых облаков.

Осадки, образующиеся на поверхности земли и на предметах

Роса. Капельки воды, образующиеся на поверхности земли, растениях, предметах, крышах зданий и автомобилей в результате конденсации содержащегося в воздухе водяного пара при положительной температуре воздуха и почвы, малооблачном небе и слабом ветре. Чаще всего наблюдается в ночные и ранние утренние часы, может сопровождаться дымкой или туманом. Обильная роса может вызвать измеримое количество осадков (до 0.5 мм за ночь), стекание на землю воды с крыш.

Иней. Белый кристаллический осадок, образующийся на поверхности земли, траве, предметах, крышах зданий и автомобилей, снежном покрове в результате сублимации содержащегося в воздухе водяного пара при отрицательной температуре почвы, малооблачном небе и слабом ветре. Наблюдается в вечерние, ночные и утренние часы, может сопровождаться дымкой или туманом. По сути дела это аналог росы, образующийся при отрицательной температуре. На ветках деревьев, проводах иней отлагается слабо (в отличие от изморози) - на проводе гололёдного станка (диаметр 5 мм) толщина отложения инея не превышает 3 мм.

Кристаллическая изморозь. Белый кристаллический осадок, состоящий из мелких тонкоструктурных блестящих частиц льда, образующийся в результате сублимации содержащегося в воздухе водяного пара на ветвях деревьев и проводах в виде пушистых гирлянд (легко осыпающихся при встряхивании). Наблюдается в малооблачную (ясно, или облака верхнего и среднего яруса, или разорванно-слоистые) морозную погоду (температура воздуха ниже -10...-15°), при дымке или тумане (а иногда и без них) при слабом ветре или штиле. Отложение изморози происходит, как правило, в течение нескольких часов ночью, днём она постепенно осыпается под воздействием солнечных лучей, однако в облачную погоду и в тени может сохраняться в течение всего дня. На поверхности предметов, крышах зданий и автомобилей изморозь отлагается очень слабо (в отличие от инея). Впрочем, нередко изморозь сопровождается инеем.

Зернистая изморозь Белый рыхлый снеговидный осадок, образующийся в результате оседания мелких капелек переохлаждённого тумана на ветвях деревьев и проводах в облачную туманную погоду (в любое время суток) при температуре воздуха от нуля до -10° и умеренном или сильном ветре. При укрупнении капель тумана может перейти в гололёд, а при понижении температуры воздуха в сочетании с ослаблением ветра и уменьшением количества облачности в ночное время - в кристаллическую изморозь. Нарастание зернистой изморози продолжается столько, сколько длится туман и ветер (обычно несколько часов, а иногда и несколько суток). Сохранение отложившейся зернистой изморози может продолжаться несколько суток.

Гололёд. Слой плотного стекловидного льда (гладкого или слегка бугристого), образующийся на растениях, проводах, предметах, поверхности земли в результате намерзания частиц осадков (переохлаждённой мороси, переохлаждённого дождя, ледяного дождя, ледяной крупы, иногда дождя со снегом) при соприкосновении с поверхностью, имеющей отрицательную температуру. Наблюдается при температуре воздуха чаще всего от нуля до -10° (иногда до -15°), а при резком потеплении (когда земля и предметы ещё сохраняют отрицательную температуру) - при температуре воздуха 0...+3°. Сильно затрудняет передвижение людей, животных, транспорта, может приводить к обрывам проводов и обламыванию ветвей деревьев (а иногда и к массовому падению деревьев и мачт линий электропередач). Нарастание гололёда продолжается столько, сколько длятся переохлаждённые осадки (обычно несколько часов, а иногда при мороси и тумане - несколько суток). Сохранение отложившегося гололёда может продолжаться несколько суток.

Гололедица.  Слой бугристого льда или обледеневшего снега, образующийся на поверхности земли вследствие замерзания талой воды, когда после оттепели происходит понижение температуры воздуха и почвы (переход к отрицательным значениям температуры). В отличие от гололёда, гололедица наблюдается только на земной поверхности, чаще всего на дорогах, тротуарах и тропинках. Сохранение образовавшейся гололедицы может продолжаться много дней подряд, пока она не будет покрыта сверху свежевыпавшим снежным покровом или не растает полностью в результате интенсивного повышения температуры воздуха и почвы.

Снег

Снег является одним из непременных атрибутов зимы. Вместе с тем, в некоторых особо теплых регионах планеты (например, на Аравийском полуострове) такое погодное явление, как снег, отсутствует или наблюдается только один раз в несколько десятилетий.

В России снежный покров устанавливается на большей части страны. В северо-восточных районах (Красноярский край, Чукотка, Якутия), где климат наиболее суров, снег ложится уже в конце сентября и держится до начала июня. В средней полосе России первый снег обычно выпадает в конце октября-начале ноября, снежный покров устанавливается во второй половине ноября, а сходит полностью в начале апреля. В равнинной части южных областей европейской части России (особенно в Причерноморье) долговременные снежный покров (дольше 2-3 недель) отсутствует вовсе.

Снег образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся при этом кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы. Из-за структуры молекул воды между лучами кристалла возможны углы лишь в 60° и 120°. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них— новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок.

Рис. 1. Симметрия снежинки.

Рис. 2. Снежинки, увеличенные при помощи сканирующего электронного микроскопа.

Кристаллы неоднократно вертикально передвигаются в атмосфере, частично тая и кристаллизуясь заново. Из-за этого нарушается регулярность кристаллов и образуются смешанные формы. Кристаллизация всех шести лучей происходит в одно и то же время, в практически идентичных условиях, и поэтому особенности формы лучей снежинки получаются столь же идентичны.

Рис. 3. Снежинки

Белый цвет происходит от заключённого в снежинке воздуха. Свет всех возможных частот отражается на граничных поверхностях между кристаллами и воздухом и рассеивается. Снежинки состоят на 95 % из воздуха, что обуславливает низкую плотность и сравнительно медленную скорость падения (0,9 км/ч).

Самая крупная снежинка была засвидетельствована 28 января 1887 года во время снегопада в Форт-Кео, Монтана, США; она имела диаметр в 15 дюймов (около 38 см), опубликовано в Monthly Weather Review, 1915, 73. Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г.

Загрязнение атмосферы

Загрязнение – это привнесение в природную среду или 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.д.);  по состоянию загрязняющего вещества (газ, жидкость, твердые отходы и т.д.) ; по стойкости загрязнения в естественной среде (разрушаемые  и неразлагаемые); по качеству или виду среды, где распространяется загрязнение (атмосфера, гидросфера, литосфера и т.д.)

Глобальное загрязнение – загрязнение, которое нарушает естественные физико-химические, биологические показатели биосферы в целом и обнаруживается в любой точке поверхности нашей планеты.

Локальное загрязнение – загрязнение окружающей среды в ограниченных пространственно-временных масштабах.

Региональное загрязнение – загрязнение окружающей среды, проявляющееся  в пределах значительной территории (региона). Региональное загрязнение формируется на основе локальных загрязнений при увеличении их количества или пространственно-временных масштабов.

Одним из видов загрязнения является загрязнение атмосферы, атмосферные же осадки привносят все загрязнения в почву и водную среду.

Атмосфера загрязняется в следствие промышленных выбросов, а также вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и, особенно от двигателя – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы СО увеличиваются в 4-5 раз. Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксида азота- при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью. Несмотря на то что дизельные двигатели более экономичны, таких веществ, как СО,НС, NО, выбрасывают не более, чем бензиновые, они существенно больше выбрасывают дыма (преимущественно несгоревшего углерода), который к тому же обладает неприятным запахом создаваемым некоторыми несгоревшими углеводородами). В сочетании же с создаваемым шумом дизельные двигатели не только сильнее загрязняют среду, но и воздействуют на здоровье человека гораздо в большей степени, чем бензиновые.

Выводы по 1 главе

Существует огромное количество видов атмосферных явлений, среди которых можно выделить атмосферные осадки- дождь, снег, град и т.д.

Снег – это твердые осадки, выпадающие (чаще всего при отрицательной температуре воздуха) в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев. Снежинки имеют симметрическое строение и являются уникальными по строению и форме.

Атмосфера в следствие антропогенного воздействия подвергается загрязнению . о наличии загрязняющих веществ можно судить по уровню и составу загрязнения снега.

Глава 2. Сравнительный анализ загрязнения снега

2.1. Отбор проб снега

Отбор проб снега производился в различных местах Ленинского административного округа города Омска. Проба формировалась при взятии в определенном месте некоторого количества снега из трех точек (от поверхности до максимальной глубины) в треугольнике со сторонами 1 метр. Местоположения отбора проб представлены в таблице 1.

2.2. Внешний вид образцов снега

Взятые пробы снега рассматривались на наличие внешних загрязнителей.

Рис. 4 Образцы исследуемого снега

Таблица 1. Местоположение отбора проб и внешний вид снега

Внешний вид образцов указывает на загрязнение механическими примесями – образцы 1, 2, 3, 6, 9.

2.3. Сравнительный анализ чистоты снега

Рис. 5. Таяние снега

Образцы снега подверглись таянию и сравнению методом визуальной коллоритметрии (за эталон чистоты принята дистиллированная вода) по наличию загрязнения.

Рис. 6.Образцы растаявшего снега

На рисунке 6 видно, что наиболее загрязнённым образцом является 9, далее 6,3,1. Самыми чистыми оказались образцы под номером 4,5,8.

Таблица 3. Определение цветности растаявшего снега

Мутная вода образовалась при таянии образцов снега 1, 2, 3, 6, 7, 9, 10. Видимо на цветность воды сказалось наличие песка, сажи для образцов 1, 2, 9, для остальных (3, 6, 7, 10)наличие других посторонних загрязнителей.

Затем было определено наличие запаха у образцов растаявшего снега (вода взбалтывалась, запах определялся на расстоянии 5-7 см от носа), результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4. Наличие запаха у образцов снега.

Присутствие постороннего ароматического запаха ощущается в образах 5, 8, 10, гнилостный – 1, 7, 9, -плесневелый – 2.

2.4. Определение рН снега

Одной из характеристик загрязнения снега является его кислотность. Кислотность – концентрация ионов водорода в растворе, которую принято выражать условно символом рН. При рН=7 реакция воды – нейтральная, при рН <7 – кислая и при рН >7 – щелочная. Величина концентрации ионов водорода в речных водах обычно колеблется в пределах 6,5 – 8,5, атмосферных осадках 4,6 – 6,2, болотах 5,5 – 6,0, океане 7,9 – 8,3.

Определение рН проводилось в отфильтрованных образцах растаявшего снега с использованием универсальной индикаторной бумаги. Результаты представлены в таблице 2.

Рис. 7. Определение рН в образцах снега

Таблица 2. Кислотность исследуемого снега

Результаты исследования показали, что образец 9 имеет в своем составе загрязняющие вещества, которые изменили его среду на щелочную.

2.5. Наличие органических загрязнителей в снеге

Рис. 8. Добавление раствора перманганата калия к талой воде

Для определения наличия органических примесей в пробирку с 3 мл исследуемой пробы талой воды добавлялось по одной капле 5%- ного раствора перманганата  калия. Обесцвечивание раствора перманганата калия указывает на присутствие примесей органического происхождения.

Рис. 9. Обесцвечивание раствора перманганата калия в талой воде

Отсутствие примесей органического происхождения наблюдается в образцах 2, 5

Выводы по 2главе

Отбор 10 проб снега производился в различных местах Ленинского административного округа города Омска.

Внешний вид образцов указывает на загрязнение механическими примесями – образцы 1, 2, 3, 6, 9.

Наиболее загрязнённым образцом является 9, далее 6,3,1. Самыми чистыми оказались образцы под номером 4,5,8.

Мутная вода образовалась при таянии образцов снега 1, 2, 3, 6, 7, 9, 10. Видимо на цветность воды сказалось наличие песка, сажи для образцов 1, 2, 9, для остальных (3, 6, 7, 10)наличие других посторонних загрязнителей.

Присутствие постороннего ароматического запаха ощущается в образах 5, 8, 10, гнилостный – 1, 7, 9, -плесневелый – 2.

Образец 9 имеет в своем составе загрязняющие вещества, которые изменили его среду на щелочную, остальные образцы показывают нейтральную или кислую среду.

Отсутствуют примеси органического происхождения в образцах 2, 5

Заключение

На основании изучения литературы и проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

Существует огромное количество видов атмосферных явлений, среди которых можно выделить атмосферные осадки- дождь, снег, град и т.д.

Снег – это твердые осадки, выпадающие (чаще всего при отрицательной температуре воздуха) в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев. Снежинки имеют симметрическое строение и являются уникальными по строению и форме.

Атмосфера в следствие антропогенного воздействия подвергается загрязнению . о наличии загрязняющих веществ можно судить по уровню и составу загрязнения снега.

. Отбор 10 проб снега производился в различных местах Ленинского административного округа города Омска.

Внешний вид образцов указывает на загрязнение механическими примесями – образцы 1, 2, 3, 6, 9.

Наиболее загрязнённым образцом является 9, далее 6,3,1. Самыми чистыми оказались образцы под номером 4,5,8.

Мутная вода образовалась при таянии образцов снега 1, 2, 3, 6, 7, 9, 10. Видимо на цветность воды сказалось наличие песка, сажи для образцов 1, 2, 9, для остальных (3, 6, 7, 10)наличие других посторонних загрязнителей.

Присутствие постороннего ароматического запаха ощущается в образах 5, 8, 10, гнилостный – 1, 7, 9, -плесневелый – 2.

Образец 9 имеет в своем составе загрязняющие вещества, которые изменили его среду на щелочную, остальные образцы показывают нейтральную или кислую среду.

Отсутствуют примеси органического происхождения в образцах 2, 5

Все образцы снега показали наличие тех или иных загрязнителей, что не удивительно, ведь пробы были взяты в черте города.

Данная работа явилась лишь началом исследования загрязнения снега как показателя уровня загрязненности атмосферы и требует логического продолжения.

Библиографический список

Горбунова Т.С. Химия вокруг нас: Учебное пособие для учащихся общеобразовательных школ по программе «Химия с основами экологии». Пропедевтический курс. – Омск: Издательство ОмГПУ, 2000. – 146 с.

Мамедов Н.М., Суравегина И.Т. Экология: Учебное пособие для 9-11классов общеобразовательной школы. – М.: «Школа-Пресс», 1996.- 464 с.

http://tereshina.edurm.ru/rabota.html

http://protown.ru/russia/obl/articles/4147.html

http://schools.keldysh.ru/school1413/eco1/atmo.htm

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BD%D0%B5%D0%B3

http://meteocenter.net/meteolib/ww.htm