Загрязнение атмосферы и снежного покрова ионами свинца в городе Инта

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 3»

города Инта, Республики Коми.

Тема: «Загрязнение атмосферы и снежного покрова ионами свинца в городе Инта»

Обучающийся 9 класса: Аксенов Влад

Учитель биологии:

Кибиткина Виктория Владимировна.

г. Инта 2012

Содержание

1. Введение                                                                                        3
2. Обзор литературы                                                                                4

1. Источники загрязнения атмосферы ионами свинца  и влияние на живые

организмы.                                                                                 4

2.2 Влияние свинца на здоровье человека.                                                5

3. Материалы и методика исследования

1.  Методика определения загруженности дорог                                        7

3.2 Методика определения загрязнений ионами свинца снежного покрова.                7

3.3 Загрязнение атмосферы ионами свинца.                                                7

4. Результаты исследования                                                                        9
5. Вывод                                                                                                11
6. Список литературы                                                                                12
7. Приложение 1                                                                                 13

1. Введение

Выбор данной темы изучения был не случайным. В нашем г. Инта эта тема, актуальна.  Так как количество транспорта в городе  значительно выросло, по сравнению с прошлыми годами. Этот факт свидетельствует о том, что загрязненность атмосферного воздуха увеличивается.

Цель: Узнать в каких районах нашего города наиболее сильное загрязнение атмосферы ионами свинца.

Для достижения данной цели мной были поставлены следующие задачи:

1. Изучить литературу и выяснить, источники загрязнения атмосферы ионами свинца;

2. Выяснить, как свинец влияет на здоровье человека;

3. Провести химический анализ по определению свинца в растениях и снежном покрове.

2. Обзор литературы

2.1 Источники загрязнения атмосферы ионами свинца  и влияние на живые организмы. 

Наибольшие выбросы свинца в атмосферу происходит в следующих отраслях производства:  металлургическая промышленность, машиностроение, точнее производство аккумуляторов, топливно-энергетический комплекс. Загрязнение среды обусловлено производством этилированных бензинов, химический комплекс. Выбросы связаны с производством пигментов, сиккативов, специальных стекол, смазок, антидетонационных присадок, полимеризацией пластмасс, стекольные предприятия.  

Но в большинстве регионов РФ  основным источником загрязнения атмосферы не зависимо от времени года является автотранспорт. Количество автомашин непрерывно растёт, а вместе с этим растет валовой выброс вредных продуктов в атмосферу. Токсическими выбросами двигателей внутреннего сгорания являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака.  Применение этилированного бензина, имеющего в своём составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными его соединениями. Около 70% свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в атмосферу с отработавшими газами. Из них 30% оседает на снегу сразу, а 40% остаётся в атмосфере и оседает постепенно. Один грузовой автомобиль средней грузоподъёмности выделяет 2,5-3 кг свинца в год.

         Все эти примеси сохраняются в толще снега в течение холодного времени. С наступлением теплого периода, температура воздуха повышается, вода из твёрдого состояния переходит в жидкое. С потоками воды свинец частично поступает в верхние слои почвы, а часть вымывается стоками и попадает в водоёмы и грунтовые воды. Таким образом происходит загрязнение почвы. Из почвы по корневым системам загрязняющие вещества попадают в надземные части растений (частично накапливаются в тканях растений и грибов), которые употребляют в пищу травоядные животные. Хищники питаются травоядными организмами, тем самым получая свою долю токсичных веществ по пищевой цепи.  Вследствие глобального загрязнения окружающей среды свинцом, он стал вездесущим компонентом любой растительной и животной пищи и кормов. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные.

Причина летнего листопада — высокое содержание свинца в воздухе. Но, концентрируя свинец, деревья тем самым очищают воздух. В течение вегетативного периода одно дерево обезвреживает соединения свинца, содержащиеся в 130 л бензина. Наименее восприимчивым к свинцу является клен, а наиболее восприимчивы орешник и ель.  Сторона деревьев, обращенная к автомобильным магистралям, на 30 – 60% «металличнее». Хвоя ели и сосны обладает свойствами хорошего фильтра  по отношению к свинцу. Она его накапливает и не обменивает с окружающей средой. Растительность суши вовлекает в биологический круговорот ежедневно 70 – 80 тыс. т. свинца.

2.2 Влияние свинца на здоровье человека.

В природе свинец встречается повсеместно, но жизненно необходимым он не является. За последние десятилетие уровень концентрации свинца в природе все больше повышается вследствие антропогенных нагрузок.   Дефицит кальция и витамина Д усиливает всасывание свинца в желудочно-кишечном тракте. В среднем за сутки организм человека поглощает 26-42 мкг. свинца. Около 90% общего количества свинца в человеческом теле находится в костях, у детей - 60-70%. Количество свинца накопленного в костях, с возрастом увеличивается, и в 30-40 лет (фаза насыщения) у лиц, не связанных по роду занятий с загрязнением свинцом, составляет 80-200мг. Допустимый уровень содержания свинца в волосах - 8-9 мкг/г. Систематические исследования по определению накопления свинца в волосах населения проводятся в различных городах России с 1980 г. Особую опасность свинец представляет для женщин, т.к. этот элемент обладает способностью проникать через плаценту и накапливаться в грудном молоке. Свинец активно влияет на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генетический аппарат. Одним словом, свинец — яд, действующий на все живое и вызывающий изменения, прежде всего в нервной системе, крови и сосудах.

 Американские исследователи установили, что пары этилированного бензина способны привести к развитию шизофрении.  Данное исследование началось в Колумбийском университете Нью-Йорка еще в 1959 году, когда тетраэтилсвинец применялся для изготовления высокооктанового топлива и выделялся в атмосферу вместе с парами бензина или выхлопными газами. Тогда содержание этого опасного соединения измеряли  в крови беременных женщин. Выяснилось, что среди их детей заболели шизофренией именно те, кто подвергался воздействию тетраэтилсвинца во время внутриутробного развития. Ученые связывают это с повреждением нервных клеток плода, подобным тому, что происходит при алкоголизме беременных.

Основным показателем воздействия свинца на здоровье детей является уровень его содержания в крови, причем происходит постоянный пересмотр рекомендуемого нормативного содержания свинца в крови. Результаты ряда крупных международных и национальных проектов подтвердили, что при увеличении концентрации свинца в крови ребенка с 10 до 20 мкг/дл происходит снижение коэффициента умственного развития (IQ). В России исследования по определению содержания свинца в крови детей крайне немногочисленны, но их результаты свидетельствуют о его повышенном уровне у детей, проживающих вблизи аккумуляторного завода в С.-Петербурге, металлургических заводов в городах Белово, Карабаш и Красноуральск.

Среди детского населения, подвергающегося воздействию повышенных концентраций свинца, наиболее высокие уровни его накопления отмечаются на территориях вблизи металлургических и аккумуляторных производств в городах Владикавказ, Курск, Карабаш, Красноуральск, Кыштым, Саратов, Челябинск, а также в зоне влияния Чернобыльской катастрофы.

Неврологические эффекты. У маленьких детей изменения психомоторных реакций связывают с повышенным поступлением свинца в организм при облизывании пальцев рук и игрушек, побывавших на загрязненной почве. Для детей школьного возраста характерно изменение показателя IQ. Влияние свинца проявляется также в изменениях двигательной активности, координации движений, времени зрительно- и слухомоторной реакции, слухового восприятия и памяти. Эти изменения в психоневрологическом статусе ребенка возможны и в более старшем возрасте, что выражается в трудностях обучения.  Группой наибольшего риска в условиях России являются дети в возрасте от 6 месяцев до 3 лет, родители которых контактируют со свинцом, и дети, проживающие вблизи автомобильных магистралей.

Воздействие свинца вызывает определенные изменения в сердечнососудистой системе. Патогенез поражения сердца при действии свинца связывается с поражением митохондрий, в частности с ингибированием поглощения ионов кальция. У детей с повышенным содержанием свинца в крови (более 20 мкг/дл), проживающих вблизи аккумуляторного завода в С.-Петербурге, выявлены функциональные изменения сердечнососудистой системы.

Загрязнение окружающей среды свинцом оказывает влияние на состояние здоровья новорожденных, у женщин увеличено число случаев бесплодия, мертворождаемости и рождения детей с уродствами: дефектами развития костно-суставной системы, врожденными пороками сердца и др.

Интегрированная биокинетическая модель поступления свинца в организм детей позволяет произвести оценки для детской популяции вероятностного распределения концентрации свинца в крови по имеющейся информации о поступлении свинца в организм различными путями. Риск рассчитывали как вероятность того, что концентрация свинца в крови детей превышает нормативные уровни, в качестве которых использовали принятые в США официальные медицинские нормативы содержания свинца в крови детей (шкала CDC), так как в России аналогичные стандарты не разработаны.

Симптомами отравления свинца являются слюнотечение, рвота, кишечные колики, острая форма отказа работы почек, поражение мозга, черная свинцовая кайма на деснах возле зубов. В тяжелых случаях смерть через несколько дней. Для диагностики заражения организма свинцом служит анализ крови. Концентрация свинца в крови не должна превышать 15мкг/100мл. уже при концентрации свинца 50-60мкг./100мл, в поведении человека появляются признаки депрессии, агрессивности, а также ухудшения общего самочувствия.

3. Материалы и методика исследования

1.  Методика определения загруженности дорог

Методика: Выбрать точки на дороге, где будем считать количество машин, следующих в обе стороны в течение 15 минут, затем количество машин умножим на 4. Загруженность измерим в выходной и будничный день, в 15 часов. С тройной повторностью. Результаты занесены в таблицу. (15*4= 60 минут = 1 часу потока машин, цифры в таблице приблизительные) Уровень загруженности определяем, сравнивая  площадью участка дороги с количеством проехавших по нему  машин.

3.2. Методика определения загрязнений ионами свинца снежного покрова.

          Методика:  Для исследования снежного покрова на наличие ионов свинца необходимо заранее сделать пробы снега на экспериментальных площадках. На экспериментальных площадках пробы снега необходимо отбирать пробирками. Каждое определение проводится с тремя различными образцами. Пробы помещают в пронумерованные пробирки. Дальнейшее изучение проводят в лаборатории Ревич и др., 1999.

1)  раствор сравнения (в нем должен присутствовать ион свинца)

2)  контроль (дистиллированная вода, не содержащая ионы свинца)

3)  исследуемый образец

При работе в лаборатории, подготовить оборудование. Сполоснуть три колбы  дистиллированной водой. Пробы снега, взятые в определенных точках, растопить.  Налить в каждую колбу по 5 мл исследуемого раствора. Присутствие ионов свинца определятся в ходе качественной реакции.   Для обнаружения ионов свинца используют реактивы иодид калия или сульфид натрия (Pb+2 +S-2= PbS). Образование желтого или черного осадка соответственно укажет на наличие ионов свинца. Полученные результаты занесем  в таблицу.

3.3 Методика определения наличия ионов свинца в растениях.

Методика: Собрать по 100 грамм растительной пробы хвои и листьев в трех различных точках. Пробы пронумеровать. Их лучше собирать в конце лета, начале осени, если исследования проб планируется провести через определенное время, то растительный материал высушивается и хранится в пакетах в сухом месте.

При работе в лаборатории, необходимо подготовить оборудование. Измельчить растительную массу. Добавить 50 грамм смеси C2H5OH и H2O в соотношении 1:2.  Прокипятить полученную смесь в течение 5 минут, чтобы свинец перешел в раствор.        В полученный экстракт по каплям добавлять иодид калия, пока не образуется желтый осадок или сульфид натрия - образуется черный осадок. Сравнить интенсивность желтой (черной) окраски у осадка, полученного у растительных проб.  Для достоверности результатов лучше продублировать эксперимент и использовать оба реагента на наличие ионов свинца. Полученные результаты занести в таблицу.

Реагент сульфид натрия

Реагент иодид калия

4. Результаты работы

Основным источником загрязнения атмосферы, ионами свинца для г. Инты является автотранспорт. Количество машин в нашем городе постоянно увеличивается, что приводит к загруженности дорог. От количества автотранспорта работающего на свинцово содержащем бензине (этилированном) зависит уровень свинца в атмосфере. Загруженность была измерена в выходной и будничный день, в 15 часов. С тройной повторностью. Результаты занесены в таблицу 1 и 2 (прил. 1).

Как вы видите из данных таблицы 1 и 2, в выходной день загруженность больше, основное  движение наблюдается по маршруту Морозова – Мира и в центре города площадь Комсомольская. На всех трех постах уровень загруженности высокий, следовательно, присутствует загрязнение воздуха. Так как количество транспорта в городе  значительно выросло, по сравнению с прошлыми годами. Этот факт свидетельствует о том, что загрязненность атмосферного воздуха увеличивается.

Почему именно снежный покров? Дело в том, что он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, а также последующего загрязнения вод и почв. Изучение частиц, содержащихся в нем, дает возможность измерить поток вещества из атмосферы и изучить состав осаждающегося материала и, таким образом, оценить степень загрязнения атмосферы. Для изучения снежного покрова были определены экспериментальные площадки в разных направлениях: площадь Комсомольская, остановка «Западная» и остановка «Морозова». Согласно методикам из каждой пробы мы взяли по 5 мл исследуемого раствора и прилили реактив сульфид натрия, результаты поместили в таблицу 3 (прил.1).

В пробирке №3 выпал черный осадок, следовательно присутствуют ионы свинца.

Pb+2 +S-2= PbS

Для подтверждения результата провели повторную реакцию на ионы свинца с иодидом калия.

+ 2 -=  

В пробирке №3 выпал желтый осадок, что подтверждает наличие ионов свинца. По результатам исследования можно сделать вывод, что проба снега, взятая с остановки Морозова, содержит ионы свинца.

Мы провели исследования атмосферного воздуха в нашем городе на содержание свинца через изучение хвои деревьев  в близи площади Комсомольской, остановки «Западная» и остановки «Морозова».  Первая растительная проба была взята в начале марта 2012г. Так как на земле еще лежал снег объектом нашего исследования стали представители хвойных растений. Собрав хвою ели и сосны, мы приступили к лабораторному исследованию в соответствии с методикой. После добавления спирта и воды 1:2 и кипячения, экстракт приобрел светло-коричневый  цвет. При добавлении сульфида натрия в пробирке №1 и №2 изменений не произошло. В пробирке №3 выпал черный осадок. Что указывает на наличие ионов свинца.

Следующая растительная проба была взята  в августе 2012г. В основном здесь присутствовали травянистые растения, листья рябины и березы.  После добавления спирта и воды 1:2 и кипячения, экстракт приобрел светло-коричневый  цвет. При добавлении сульфида натрия в пробирке №1 и №2 изменений не произошло. В пробирке №3 выпал черный осадок. Что указывает на наличие ионов свинца. Продублировав эксперимент,  в качестве реагента взяли иодид калия в пробирке №2 реакции не произошло. В пробирке №1 и №3 выпал желтый осадок.

+ 2 -=  

Осадок растворяется при нагревании в воде и 2 М растворе уксусной кислоты. При медленном охлаждении раствора выпадают характерные золотистые чешуйки кристаллов PbI2. Что точно доказывает наличие ионов свинца. Результаты показывают, что хвоя сосны и ели, листья растений на остановке «Морозова» содержит  в себе ионы свинца. Зеленые насаждения выполняют роль своеобразных фильтров и способны очищать воздух, накапливая токсины, в том числе и ионы свинца.

5.  Выводы:

1. Изучив литературу, выявил, что в г. Инта основным источником загрязнения ионами свинца является автотранспорт. Ознакомился с симптомами отравления свинцом. Узнал, какие вредные последствия свинец несет для людей. Влияние ионов свинца огромно и  распространяется на всю биосферу.
2. По результатам исследования выяснил, что в городе наблюдается загруженность дорог, очень большой поток транспорта указывает на загрязнение атмосферы ионами свинца.
3. Анализ снежного покрова показал содержание свинца в районе остановки «Морозова».
4. Хвоя сосны и ели на остановке «Морозова» содержит  в себе ионы свинца. Хвоя ели и сосны обладает свойствами хорошего фильтра по отношению к свинцу. Поэтому предпочтительнее вдоль дорог высаживать хвойные деревья. Свинец обнаружен в растительных организмах, поэтому необходимо: убедить учащихся и население, что собирать лекарственные растения, грибы, ягоды у дорог нельзя.
5. Мои исследования показали, что обстановка с загрязнением ионами свинца довольно благоприятна в городе, но дальнейшее увеличение автопарка приведет к большему загрязнению нашего города.

Данную проблему можно решить, увеличив количество зеленных насаждений вдоль дорог города. Привлекать местное население к пешим прогулкам и езде на велосипедах. Что сократит выброс ионов свинца в атмосферу.

6. Список литературы

1. Ливанов П. А., Соболев М. Б., Ревич Б. А. Свинцовая опасность и здоровье населения. // Рос. Сем. Врач. 1999, № 2

2. Корбанова А. И., Сорокина Н. С., Молодкина Н. Н. и соавт. Свинец и его действие на организм. // Мед. труда и пром. экология. 2001, № 5

3. Изомеров И. Ф. К проблеме воздействия свинца на организм человека. // Мед. труда и пром. экология. 1998, № 2

4. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды / под ред. Л.К. Исаева. – СПб., 1998.

5. Энгельс З., Новак А. По следам элементов. // «Металлургия». Москва, 1983.

6. “Государственный доклад о состоянии окружающей среды в Свердловской области”, Свердловск, 1997 год.

7. http://med-stud.narod.ru/med/hygiene/lead.html

8. http://www.fehealthfund.org/rus/programs/lead_impact.htm

9.  http://www.wms.ru/information/mendeleev/svnc.php

10. http://psdoc.strana.de/nushda/plumbum.html 

Приложение 1

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Пробы взяты в февраль 2012года (реагент сульфид натрия)

Пробы взяты в февраль 2012года (реагент иодид калия)

 Таблица 4

Пробы взяты в марте 2012 года (реагент сульфид натрия)

Таблица 5

Пробы взяты в августе 2012 года (реагент сульфид натрия)

Таблица 6

Повторная проба август 2012 (реагент иодид калия)