Занятие "Экологическое состояние водных ресурсов города"
план-конспект занятия (6, 7, 8, 9, 10 класс)

ЗАНЯТИЕ 3. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ГОРОДА

Цель занятия: формирование естественнонаучной грамотности учащихся в области экологии водных ресурсов современного города.

Задачи:

1. развитие экологического мышления учащихся через знакомство со следующими понятиями: испарение, транспирация, антропогенное загрязнение водных ресурсов физическое, химическое, тепловое загрязнение водоемов, круговорот воды в биосфере, а также через анализ информации об основных показателях экологического состояния водных ресурсов современного города;
2. формирование экологической грамотности учащихся путем проведения дискуссии по проблеме загрязнения водных ресурсов нашего города и путей решения данной экологической проблемы;
3. воспитание экологической ответственности учащихся путем выполнения практических заданий и обсуждения в группе их результатов.

Оборудование: тетради, ручки, ноутбук, телевизор, электронная презентация к занятию.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЗАНЯТИЯ

        Вода – самое         распространенное неорганическое соединение на планете. Вода – основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в процессе фотосинтеза. Вода присутствует во всех средах жизни, то есть во всей биосфере: не только в водоемах, но и в воздухе, и в почвах, и во всех живых существах.

        В естественном состоянии вода всегда содержит примеси. В ней растворены различные газы и соли, находятся взвешенные твердые частички. В 1 литре пресной воды может содержаться до 1 грамма солей.

        Большая часть воды сосредоточена в морях и океанах. На пресные воды приходится всего 2%. Большая часть пресных вод (85%) сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Возобновление пресных вод происходит в результате круговорота воды.

        Круговорот воды в биосфере происходит следующим образом. Вода выпадает на поверхность Земли в виде осадков, образующихся из водяного пара атмосферы. Определенная часть выпавших осадков испаряется прямо с поверхности, возвращаясь в атмосферу водяным паром. Часть воды проникает в почву, всасывается корнями растений и затем, пройдя через растения, испаряется в процессе транспирации. Какая-то часть воды с поверхности почвы просачивается в глубокие слои подпочвы до водоупорных горизонтов и пополняет подземные воды. Еще одна часть воды (четвертая) в виде поверхностного, речного и подземного стока стекает в водоемы, откуда также испаряется в атмосферу. Наконец, часть воды используется животными и потребляется человеком для своих нужд. Вся испарившаяся и вернувшаяся в атмосферу вода конденсируется и вновь выпадает в качестве осадков.

        Один из основных путей круговорота воды – транспирация, то есть биологическое испарение, которое осуществляется растениями, поддерживая их жизнедеятельность. Интенсивность транспирации и масса испаряющейся воды могут достигать значительных величин. У таких сообществ, как леса (с большой фитомассой и листовой поверхностью) или болота (с водонасыщенной моховой поверхностью) транспирация в целом сравнима с испарением открытых водоемов (океана) и нередко даже превышает его. В среднем для растительных сообществ умеренного климата транспирация составляет от 2000 до 6000 кубометров в год.

        Величина суммарного испарения (с почвы, с поверхности растений и через транспирацию) зависит от физиологических особенностей растений и их биомассы, поэтому служит косвенным показателем продуктивности и жизнедеятельности сообществ. Растительность в целом выполняет роль грандиозного испарителя, существенно влияя на климат территории. Растительный покров ландшафтов, особенно леса и болота, имеет огромное водоохранное и водорегулирующее значение, смягчая перепады стока (паводки), способствуя удержанию влаги, препятствуя иссушению и эрозии почв.

        Загрязнение природных вод. Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.

        Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

        Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят широкое применение в промышленности. На транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах составляет 5-15 мг/л при ПДК = 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать слой пены, который особенно хорошо заметен на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ проявляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

        Опасными загрязнителями водоемов являются металлы: ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец. И также радиоактивные элементы, ядохимикаты с сельскохозяйственных земель, стоки животноводческих ферм. Наибольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения.

        Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений, вносимых на поля. Большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм и с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме. Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб, других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов.

        Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции и промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением температуры воды в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязнителей. Нарушается биологическое равновесие. В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.

        В ряде регионов важными источниками пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземных вод также подвергаются загрязнению. Вода может стать совершенно непригодной для употребления в пищу.

        Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности – горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный потребитель пресной воды – это сельское хозяйство, на нужды которого уходит 60-80% всей пресной воды.

        В современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде на коммунально-бытовые нужды. Объем потребляемой воды для этих целей зависит от региона и уровня жизни, и составляет от 3 до 700 л на одного человека. В Москве, например, на каждого жителя приходится около 650 л, что является одним из самых высоких показателей в мире.

        В настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории с малыми запасами пресных вод, но и богатые ранее пресной водой регионы (например, в Сибири и на Дальнем Востоке). Вмешательство человека в природные процессы затронуло и крупные реки, такие, как Волга, Дон, Днепр, изменив в сторону уменьшения объемы переносимых водных масс (сток рек). Весьма драматична судьба Аральского моря, прекратившего существование из-за чрезмерного забора вод на нужды орошения рек Сырдарья и Амударья.

        В водах реки Томи, протекающей по территории города Новокузнецка, наблюдается превышение ПДК формальдегида, фтороводорода, аммиака. Эти вещества являются основными загрязнителями природной среды. Показатель кислотности на некоторых участках реки может достигать рН = 9, что соответствует щелочной среде. Водопроводная вода. Пройдя очистку на водозаборе, обычно имеет рН = 7 и имеет незначительные колебания как в сторону кислой среды, так и в сторону щелочной среды примерно в диапазоне рН = 6,5 – 7,5. Таким образом, показатель рН соответствует нейтральной водной среде, и водопроводная вода реки Томи подходит для употребления в пищу человеком.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЗАНЯТИЯ

Задание учащимся: необходимо ознакомиться с основными методиками изучения физических и химических свойств природных вод, выполнить задания, предложенные педагогом.

Изучение физических свойств природных вод

1.1 Определение цветности воды

        В природных водоемах цветность может быть обусловлена наличием гуматов железа, то есть солями железа гуминовых кислот. Повышенную цветность обладает вода рек, имеющих болотный тип питания – реки северных областей.

        Оборудование: стеклянные стаканы, лист белой бумаги, блокнот, карандаш.

        Ход выполнения исследования.         

Качественную оценку цветности производят, сравнивая ее с дистиллированной водой. В стаканы из прозрачного стекла наливают исследуемую воду и дистиллированную. На фоне листа белой бумаги при дневном освещении воду рассматривают сверху и сбоку. Цвет воды описывается по сравнению с белым цветом бумаги: желтоватый, сероватый и т.д. При отсутствии окраски вода считается бесцветной.

После проведения оценки цветности проб воды занесите в блокнот (полевой дневник) результаты исследования.

1.2 Определение прозрачности (мутности) воды

        Наличие в природной воде грубодисперстных частиц обуславливает ее мутность (прозрачность). Мутность – обратная величина прозрачности. Мутность воды – мера содержания в воде взвешенных частиц, различных по происхождению. Это могут быть частицы глины, ила, промышленных и сельскохозяйственных стоков, планктонные организмы. Высокая мутность может быть следствием почвенной эрозии, большого количества экскрементов крупной популяции рыб, например, карпов.

        Внимательно понаблюдайте за тем явлением, когда после сильного дождя вода в реке или пруду изменяет свой цвет и становится коричневой. Почему мутнеет вода? Прежде всего, потому, что дождевые потоки смывают частицы верхнего слоя почвы и сносят их в водоем. Это происходит не только в сельской местности, но и городах, где на асфальте находится достаточное количество почвенных частиц, песка, мусора.

        Независимо от причины помутнения результатом является возникновение препятствий для проникновения солнечных лучей на дно водоема, из-за чего затрудняется жизнедеятельность растений и выработка ими кислорода. Высокая мутность за счет высокой концентрации твердых частиц во взвешенном состоянии способствует повышению температуры воды и снижает уровень кислорода в ней. В мутной воде затруднено дыхание у рыб и других водных животных. Твердые частицы могут «забивать» жабры, ослабляя организм, тормозя развитие и рост.                 Опалесценция – радужная игра цветов, синоним слова «рассеяние».

Оборудование: стеклянные стаканы, лист черной бумаги, блокнот, карандаш.

Определение мутности воды по контрастности с черным фоном

Пробы воды налейте в химические стаканы или колбы. Установите за колбой с пробой воды черный фон. Визуально оцените степень прозрачности-мутности воды, опираясь на таблицу. Результаты запишите.

Таблица. Оценка мутности воды визуальным контролем

1.3 Определение запаха воды

        Запах воды обусловлен наличием пахучих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Наличие и интенсивность запаха определяют при естественной температуре воды. Рекомендуется, чтобы наличие запаха у воды проверяли сразу несколько человек.

        По характеру запахи разделяют на две группы:

1. Запахи естественного происхождения (от живущих в воде и отмерших организмов, от влияния почв и т.п.) находят по классификации, приведенной в таблице.

Таблица. Характер и запах воды естественного происхождения

2. Запахи искусственного происхождения от промышленных выбросов. Такие запахи называются соответствующим веществом: хлорфенольный, бензиновый, хлорный и т.д.
3. Интенсивность запаха определяется в соответствии с балльной системой в таблице.

Таблица. Интенсивность запаха воды

        Ход выполнения. В пробирку с пробкой налить исследуемую воду (2/3 объема пробирки) и сильно встряхнуть в закрытом состоянии. Затем снять пробку и сразу отметить характер и интенсивность запаха. Интенсивность запаха питьевой воды при температуре 20̊ С не должна превышать 2 балла.

Изучение химических свойств природных вод

Методы исследования

На исследуемой территории выбрать контрольные точки для отбора проб воды или атмосферных осадков.

Для сбора осадков используется следующее оборудование: стеклянные емкости с крышкой, емкость для забора проб природных вод, совочек для сбора и емкости для растапливания твердых осадков. Пробы осадков перелить в стеклянную банку с крышкой и доставить в лабораторию.

Пробы с осадками замеряют на приборе pH-метр с автоматической калибровкой, например, можно использовать ИВА-ТЕСТ – прибор с цифровым табло и термокомпенсатором. Диапазон измерения от 0-14. Шаг измерений рН составляет 0,01. Точность измерения рН равна 0,01. Температура измеряемого раствора: 0 ̊С – 50 ̊С.

В колбу с пробой опустить электрод. Отсчет pH проводить после того, как показатели приняли установившееся значение. Обычно это время составляет от 2 до 3 минут.

Результаты всех замеров заносить в дневник наблюдений. Затем все данные тщательно проанализировать в соответствии со шкалой кислотности осадков.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЗАНЯТИЯ

1. Подведение итогов занятия.
2. Ритуал прощания.