Исследование загрязнения окружающей среды по составу золы растений

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ПО СОСТАВУ ЗОЛЫ РАСТЕНИЙ

Автор: Лебедко Александра Владимировна,

ученица 10 класса

Руководители: Зеленова Е.В.

Лушова И.Е

МБОУ «Гимназия №1»

г. Усолье-Сибирское, ул. Толбухина, 21

Содержание

Введение …………………………………………………………………….. 3

Глава 1. Загрязнение  атмосферы ……………………………………….…. 5

1.1. Виды загрязнения атмосферы …………………………….…. 5

1.2. Влияние загрязнения атмосферы на растения ………….….. 8

Глава 2. Экспериментальная часть …………………………………….….. 9

2.1. Методика анализа состава золы растений ………………….. 9

2.2. Описание выполнения исследования и анализ результатов . 10

Выводы и рекомендации ………………………………………………….. 14

Список использованных источников …………………………………….. 15

Введение

В последние годы мы часто слышим и употребляем слово «экология», но вряд ли можно считать, что все понимают под ним одно и то же. О том, какой смысл следует вкладывать в это понятие, спорят даже специалисты. А пока они спорят, неспециалисты уже поняли, что такое экологический минимум: это значит — дышать чистым воздухом, пить чистую воду, есть пищу без нитратов и не светиться в темноте.

Термин «экология» был придуман в 1866 году немецким зоологом Эрнстом Геккелем, который ввел его в обиход для обозначения «общей науки об отношениях организмов к окружающей среде», куда мы относим в широком смысле все «условия существования». Это понятие, первоначально довольно узкое, в дальнейшем расширялось, какое-то время и экология развивалась как одна из биологических наук, изучающая не отдельные организмы, а структуру и функционирование биологических систем — популяций, видов, сообществ — и их взаимодействий друг с другом и с окружающей средой. Такое или близкое определение экологии можно найти во многих современных энциклопедиях и справочниках. Но сейчас понятие «экология» уже далеко вышло за рамки того, что вкладывалось в него Эрнстом Геккелем и что указывается в справочниках и энциклопедиях. Теперь это уже самостоятельная наука об окружающей среде (с точки зрения ее взаимодействий с живыми организмами и, прежде всего с людьми). Ее питает не только и не столько биология, но и почти все науки о Земле — метеорология, гидрология, океанология, климатология, география, геология с необходимыми для них физико-математическими и химическими методами, а также социология, психология и экономика. Такого расширения содержания экологии и смещения в нем акцентов потребовал стремительный количественный рост человечества, которое начало осознавать опасности, угрожающие всей планете (ядерная катастрофа, возможный парниковый эффект и тому подобное), уже столкнулось в своей практике с ограниченностью природных ресурсов (в том числе энергетических) и воочию увидело губительные побочные воздействия неразумной хозяйственной деятельности на окружающую среду — экологические катастрофы, как Чернобыль и Арал. В связи с этим современная экология ставит во главу своих интересов взаимодействия человека с экологическими системами, всей окружающей средой. Хотя в последние годы мы начали осознавать единство и конечность биосферы и всей окружающей среды, ответственность человечества за свою собственную судьбу, судьбу биосферы, судьбу всей планеты, мы еще очень далеки от того состояния, которое В. И. Вернадский обозначил термином «ноосфера» (от греческого «ноос» — разум). Последнее подразумевает превращение человека из чужеродного элемента в природе в ее неотъемлемую, органично вписывающуюся в нее часть. Это будет достигнуто только тогда, когда новое мышление, в котором экологические проблемы должны иметь высший приоритет, станет внутренней потребностью всего человечества, от лиц, облеченных властью и распоряжающихся ресурсами, до всех граждан мира. Пока же в дополнение к естественно возрастающим экологическим проблемам люди продолжают создавать все новые трудности, которые неизбежно придется преодолевать, затрачивая большие усилия и средства.

Представляется, что все экологические проблемы можно отнести, прежде всего к двум связанным друг с другом главным факторам: изменениям климата и загрязнению окружающей среды. Хотя изменения климата, естественные или вызванные деятельностью человека (так называемые антропогенные), происходят сравнительно медленно, они охватывают огромные регионы и потому могут представлять серьезную проблему для человечества. При значительных изменениях климата произойдут смещения климатических зон, в результате чего людям придется целиком или частично перестраивать в этих зонах свою хозяйственную деятельность. Загрязнение окружающей среды также принимает глобальный характер, так как фактически оно не знает национальных границ. Нарастание загрязнения превращается в опасность для самого существования биосферы, и в том числе всего человечества.

Цель работы: изучить степень загрязнения атмосферы в г. Усолье-Сибирское по составу золы растений.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Изучить источники загрязнения атмосферы.
2. Провести анализ золы растений на наличие химических веществ.
3. Дать рекомендации по снижению загрязнения воздуха.

Объект исследования: загрязнение атмосферы.

Предмет исследования: зола растений, собранных в различных местах.

Гипотеза: если сделать анализ состава золы растений, то можно определить степень загрязнения атмосферы.

При выполнении работы были использованы методы: работа с литературой, эксперимент, анализ результатов.

Глава 1. Загрязнение атмосферы

Загрязнение – это принесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физических, химических, информационных или биологических агентов или превышение их естественного среднемноголетнего уровня в различных средах, приводящее к негативным воздействиям.

Атмосфера – газовая оболочка, окружающая планету Земля, одна из геосфер. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.

Загрязнение атмосферы Земли — принесение в атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение их естественной концентрации.

1.1. Виды загрязнения атмосферы

Виды загрязнения:

• По источникам загрязнения:

• Естественное
• Антропогенное

• По характеру загрязнителя:

• Физическое – механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы), электромагнитное (различные виды электромагнитных волн, в том числе радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение (например, выбросы тёплого воздуха и т. п.).
• Химическое — загрязнение газообразными веществами и аэрозолями. На сегодняшний день основные химические загрязнители атмосферного воздуха это: оксид углерода (IV), оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, пыль и радиоактивные изотопы.
• Биологическое — в основном загрязнение микробной природы. Например, загрязнение воздуха вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами, а также их токсинами и продуктами жизнедеятельности.

Источники загрязнения:

Основными источниками загрязнения атмосферы являются:

• Природные (естественные загрязнители минерального, растительного или микробиологического происхождения, к которым относят извержения вулканов, лесные и степные пожары, пыль, пыльцу растений, выделения животных и др.)
• Искусственные (антропогенные), которые можно разделить на несколько групп:

• Транспортные - загрязнители, образующиеся при работе автомобильного, железнодорожного, воздушного, морского и речного транспорта;
• Производственные - загрязнители, образующиеся как выбросы при технологических процессах, отоплении;
• Бытовые - загрязнители, обусловленные сжиганием топлива в жилище и переработкой бытовых отходов.

По составу антропогенные источники загрязнения атмосферы также можно разделить на несколько групп:

• Механические загрязнители - пыль цементных заводов, пыль от сгорания угля в котельных, топках и печах, сажа от сгорания нефти и мазута, истирающиеся автопокрышки и т. д.;
• Химические загрязнители - пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции;
• Радиоактивные загрязнители.

Основные загрязнители:

На долю развитых государств с 1950 по 2000 гг. пришлось 77 % вредных промышленных выбросов в атмосферу, и именно они несут основную ответственность за изменения климата.

• Оксид углерода
• Оксиды азота
• Диоксид серы
• Углеводороды
• Альдегиды
• Тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr)
• Аммиак
• Пыль
• Радиоактивные изотопы
• Окись углерода (СО) — бесцветный газ, не имеющий запаха, известен также под названием «угарный газ». Образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода и при низкой температуре. При вдыхании угарный газ за счёт имеющейся в его молекуле двойной связи образует прочные комплексные соединения с гемоглобином крови человека и тем самым блокирует поступление кислорода в кровь..
• Двуокись углерода (СО2) — или углекислый газ, — бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов.
• Диоксид серы (SO2) (диоксид серы, сернистый ангидрид) — бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке сернистых руд. Он, в первую очередь, участвует в формировании кислотных дождей. Общемировой выброс SO2 оценивается в 190 млн тонн в год. Длительное воздействие диоксида серы на человека приводит вначале к потере вкусовых ощущений, стесненному дыханию, а затем — к воспалению или отеку лёгких, перебоям в сердечной деятельности, нарушению кровообращения и остановке дыхания.
• Оксиды азота (оксид и диоксид азота) — газообразные вещества: монооксид азота NO и диоксид азота NO2 объединяются одной общей формулой NOх . При всех процессах горения образуются окислы азота, причем большей частью в виде оксида. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота. Другим источником окислов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 65 млн тонн в год. От общего количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на транспорт приходится 55 %, на энергетику — 28 %, на промышленные предприятия — 14 %, на мелких потребителей и бытовой сектор — 3 %.
• Озон (О3) — газ с характерным запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Его относят к наиболее токсичным из всех обычных загрязняющих воздух примесей. В нижнем атмосферном слое озон образуется в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений.
• Углеводороды — химические соединения углерода и водорода. К ним относят тысячи различных загрязняющих атмосферу веществ, содержащихся в несгоревшем бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, примышленных растворителях и т. д.
• Свинец (Pb) — серебристо-серый металл, токсичный в любой известной форме. Широко используется для производства красок, боеприпасов, типографского сплава и т. п. Около 60 % мировой добычи свинца ежегодно расходуется для производства кислотных аккумуляторов. Однако основным источником (около 80 %) загрязнения атмосферы соединениями свинца являются выхлопные газы транспортных средств, в которых используется этилированный бензин.
• Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования подразделяются на следующие 4 класса:

• механическая пыль — образуется в результате измельчения продукта в ходе технологического процесса;
• возгоны — образуются в результате объёмной конденсации паров веществ при охлаждении газа, пропускаемого через технологический аппарат, установку или агрегат;
• летучая зола — содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии несгораемый остаток топлива, образуется из его минеральных примесей при горении;
• промышленная сажа — входящий в состав промышленного выброса твёрдый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

Основными источниками антропогенных аэрозольных загрязнений воздуха являются теплоэлектростанции (ТЭС), потребляющие уголь. Сжигание каменного угля, производство цемента и выплавка чугуна дают суммарный выброс пыли в атмосферу, равный 170 млн тонн в год.

1.2. Влияние загрязнения атмосферы на растения

К последствиям загрязнения атмосферы Земли можно отнести парниковый эффект, кислотные дожди, смог и озоновую дыру. Астрономы утверждают, что прозрачность атмосферы уменьшилась за последнее время. Также установлено, что ежегодно из-за загрязнения атмосферы Земли погибают не менее 1,3 миллионов человек.

Воздействие на экологическую систему, будь это пустыня, луг или лес, на первых порах не отражается на системе или организме в целом; любые нарушения или стрессы сначала дают себя знать на молекулярном уровне отдельного растения или системы растений. В тех случаях, когда стрессы воздействуют на процессы, протекающие в клетке, растение начинает слабеть; при этом происходят изменения в процессах обмена, и сама клетка подвергается воздействию.

 Каждое из загрязнений воздействует своим особым образом, однако все загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы, в частности нарушают водный баланс. В первую очередь воздействию подвергаются системы, регулирующие поступление загрязняющих веществ, а также химические реакции, ответственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производство энергии.

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Методика анализа состава золы растений

Золой называется остаток, полученный после сжигания и прокаливания органического материала. Зола растений содержит практически все элементы, входящие в состав (за исключением азота, улетучивающегося в виде оксидов при озолении). Для анализа предварительно высушенные растения озоляют, золу растворяют в соответствующем растворе, разбавляют водой, при необходимости нейтрализуют и фильтруют, после чего проводят качественный и  или количественный анализ. Обычно анализ начинают с наиболее простых качественных определений (Ca2+,Fe3+, Fe2+, SO2-3, PO3-4) из солянокислого раствора.

1. Приготовление зольного раствора.

Поместить 1г золы в пробирку, смочить ее несколькими каплями дистиллированной воды, добавить 4-5 мл 25%-ного раствора соляной кислоты и выдержать на кипящей водной бане 15-20 минут. Содержимое перенести в мерную колбу на 100 мл, затем пробирку дважды ополоснуть дистиллированной водой, сливая ее в ту же колбу, довести объем до метки и тщательно перемешать.

2. Способы определения некоторых химических элементов.

Определение серы:

5 мл раствора №1 перенести в пробирку, нагреть до кипения и прилить 3-4 мл 10%-ного раствора хлорида бария. Выпадение белого осадка сульфата бария означает, что в составе растения содержатся соединения серы. Проделать то же самое с раствором №2 и №3.

Определение железа:

3-4 мл раствора №1 поместить в  пробирку и прилить 4-5 капель 10%-ного раствора роданида аммония. Появление розового окрашивания указывает на то, что в золе растений содержится соединения железа. Проделать то же самое с раствором №2 и №3.

Определение свинца:

 Многие растения содержат свинец в виде соединений, плохо переходящих в водную вытяжку, в частности в виде РЬС12. Солянокислые зольные вытяжки также непригодны для определения свинца, так как хлорид свинца - малорастворимое соединение и в солянокислый раствор практически не переходит. Поэтому для проведения качественного анализа готовят азотнокислую вытяжку: зольный остаток 5-10 г растительной продукции растворяют в азотной кислоте, нейтрализуют раствором аммиака и проводят анализ с родизонатом натрия. Для этого 1 каплю исследуемого раствора помещают на лист фильтровальной бумаги и добавляют каплю свежеприготовленного 0,2%-ного раствора родизоната натрия. В присутствии ионов свинца образуется синее пятно или кольцо. При добавлении 1 капли буферного раствора, содержащего в 10 мл 0,19 г гидротартрата натрия и 0,15 г винной кислоты и имеющего рН 2,8, синий цвет превращается в красный. Реакция очень чувствительна: открываемый минимум - 0,1 мкг.

 Основным источником загрязнения окружающей среды свинцом является автомобильный транспорт: вместе с выхлопными газами от автомобиля свинец, образующийся при сгорании этилированного бензина, попадает в атмосферу. В зависимости от интенсивности движения опасная зона вдоль автомагистралей может простираться от 10 до 500 м. В пределах этой зоны наблюдается повышенное содержание свинца в объектах окружающей среды, например в растениях. С помощью несложных опытов можно увидеть, что количество свинца уменьшается по мере удаления от дороги. Для этого нужно собрать около 100 г растительной пробы на расстоянии 2, 10, 50, 100 и т. д. м от оживленной дороги, измельчить, добавить строго определенное количество смеси этилового спирта и воды (50 мл) и кипятить или упаривать экстракт, чтобы свинец перешел в раствор. В изучаемые экстракты по каплям добавлять раствор сульфида натрия, в результате чего выпадает черный осадок сульфида свинца разной интенсивности: чем ближе к дороге, тем осадка больше.

 Ионы свинца дают характерное окрашивание и со многими другими реактивами: хроматами, дихроматами, иодидами, дитизоном, п-тетраметилдиаминодифенилметаном, которые можно применять для качественного обнаружения этого опасного загрязнителя.

2.2. Описание выполнения исследования и анализ результатов

Чтобы провести эксперимент, по выявлению химических элементов в составе золы растений, мы взяли растения одного вида – полынь, растущие в различных местах. Затем растения были высушены и сожжены.

Далее мы приготовили зольные растворы:

• Раствор №1 – Растения, растущие на обочине автомобильной дороги;
• Раствор №2 – Растения, растущие на территории лыжной базы, находящейся на окраине города;
• Раствор №3 – Растения, растущие на приусадебном участке около частного дома.

Рисунок 1. Зольные растворы

Все исследования были проведены согласно вышеописанной методике.

В таблице представлены результаты исследования золы растений на наличие химических веществ.

Определение серы.

Как видно из таблицы, во всех трех пробах была обнаружена сера, но наименьшее количество серы присутствует в растениях, собранных на приусадебном участке частного дома. Большее количество серы обнаружено в пробах №1 и №2, собранных около автодороги и на лыжной базе.

Ba2+ + SO4 2- = BaSO4 ↓

Определение железа.

Наибольшее количество железа было обнаружено в золе растений, собранных у автодороги.

FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3 + 3KCl

Fe3+ + 3SCN– = Fe(SCN)3↓

                           Раствор 1                               Раствор 2                            Раствор 3

Рисунок 2. Определение железа

Определение свинца.

Наибольшее количество осадка выпало в пробирке с раствором №1, что говорит о наибольшем количестве свинца в пробе. Также довольно много было осадка и в пробе №3. Для обнаружения ионов свинца нами было использован  соединение бихромат калия, результат реакции появление желтого окрашивания хромовокислого свинца.

2Pb2+ + Cr2O72- + 2CH3COO- + H2O ↔ 2PbCrO4↓ + 2CH3COOH

                    Раствор 1                         Раствор 2                        Раствор 3

Рисунок 3. Определение свинца

Выводы

Исходя из проведенного исследования, можно сделать следующие выводы:

1. Наибольшее содержание химических веществ обнаружено в растениях, собранных около автомобильной дороги, что говорит о наибольшем уровне загрязненности данного участка, так как здесь проходит большое количество автомобилей
2. Свинец (опасное вещество для здоровья человека) был обнаружен и в растениях, собранных на приусадебном участке. Возможно, загрязнение данным веществом происходит из-за использования частного автомобиля.

Рекомендации

      Учитывая тот факт, что хорошее состояние атмосферы является залогом процветания всех живых организмов на Земле, в том числе и человека, необходимо:

• Активизировать внедрение в производство  новых экологически чистых технологий, обеспечивающих безотходное, замкнутое и экономическое производство.
• При озеленении городов, промышленных центров, необходимо подбирать газоустойчивые породы древесных растений, такие как тополь, береза.
• Ввести в практику регулярный полив и опрыскивание зеленых насаждений, что приведет к снижению накопления вредных веществ в растительном организме, вследствие чего они беспрепятственно будут выполнять свои биосферные функции.

      Нельзя не согласиться со словами, что всё в этом мире взаимосвязано, наш окружающий мир – это наш организм. Оберегая окружающую среду, мы оберегаем своё здоровье. Здоровье – это капитал, данный нам не только природой от рождения, но и теми условиями, в которых мы живём.

Список использованных источников

1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Гущина Э.В. Экологический практикум школьника: Учебное пособие для учащихся. – Самара: Корпорация «Федоров», Издательство «Учебная литература», 2005.
2. Ашихмина, Т.Я. Школьный экологический мониторинг. – М: АГАР, 2000.
3. Биология. Дополнительные материалы к урокам и внеклассным мероприятиям по биологии и экологии в 10-11 классах /авт.-сост. М.М. Боднарук, Н.В. Ковылина. – Волгоград: Учитель, 2007.
4. Чернова, Н.М. Основы экологии. – М: Просвещение, 1995.
5. http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=117213
6. http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ZAGRYAZNENIE_OKRUZHAYUSHCHE_SREDI.html
7. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C7%E0%E3%F0%FF%E7%ED%E5%ED%E8%E5
8. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C7%E0%E3%F0%FF%E7%ED%E5%ED%E8%E5_%E0%F2%EC%EE%F1%F4%E5%F0%FB_%C7%E5%EC%EB%E8
9. http://works.tarefer.ru/98/100052/index.html
10. http://www.bestreferat.ru/referat-61882.html