Работа баранова а. Бакшанская е.исследование снежного покрова. Определение мекханическикх и кхимическикх загрязнителей.1доц

ИССЛЕДОВАНИЕ СНЕЖНОГО ПОКРОВА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ
(статья)
Баранова Анастасия, Бакшанская Екатерина
МОУ«СОШ № 289 с углубленным изучением отдельных предметов», г.Заозерск , Мурманская область, 8 класс
Руководитель: Кокорина С.Е., учитель химии

Снег оказывает огромное влияние на климат, рельеф, почвообразовательные процессы, жизнь растений и животных. Благодаря малой теплопроводности он предохраняет почву от сильного выхолаживания. Снег – один из наиболее информативных и удобных индикаторов загрязнения окружающей среды. Различные загрязнители, попадающие в снег в результате хозяйственной деятельности человека, при таянии проникают в почву и накапливаются в ней, что не может не сказаться на растительных и животных объектах, на экологическом состоянии района.

Цель работы: изучение свойств снежного покрова школьной территории и близлежащих окрестностей, исследование его состава на наличие механических и химических загрязнителей.
Для реализации поставленной цели были намечены задачи исследования:
изучить свойства снежного покрова: глубину, плотность, температуру;
определить наличие взвешенных частиц;
оценить кислотность снега;
определить наличие в снеге химических веществ загрязняющего характера;
сравнить исследуемые показатели в разных точках опытного участка;
сделать выводы об экологической обстановке в окрестностях школы.

Объект исследования: снежный покров пришкольного участка и близлежащей территории, предмет исследования: свойства и состав снега.
В работе использовались общенаучные методы исследований:
теоретический (анализ литературных и Интернет - источников);
эмпирические (сравнение, сопоставление, химический эксперимент);
математические (расчет и статистическая обработка результатов исследований);
метод визуализации данных (диаграммы, таблицы).
Для исследования была выбрана территория окрестностей школы. Определены цели и задачи исследования, изучена литература по данному вопросу и проведены собственные наблюдения для оценки загрязнения снега, сделаны выводы по экологическому состоянию микрорайона школы, разработаны рекомендации и предложения.
Исследования снега проводили в светлое время суток. Сначала измеряли глубину снега. Глубина снежного покрова в разных точках опытного участка составляла от 20см около дороги до 80см на заснеженной части склона сопки. Неодинаковая глубина снежного покрова на разных участках может быть связана с рельефом местности, и особенностями деятельности человека.
Для дальнейших исследований сделали срез снежного покрова и измеряли температуру на разной глубине. Результаты эксперимента показали, что температура снега в более глубоких слоях снежного покрова выше, чем у поверхности. Это связано с тем, что в слоях снега есть воздушные прослойки, которые задерживают тепло. При полном отсутствии снежного покрова, почва промерзла бы полностью. Это привело бы к абсолютному отсутствию какой-либо растительности. Таким образом, снежный покров - не только запас влаги, но и «гигантское одеяло», предохраняющее землю от переохлаждения.
Для изучения структуры, плотности и состава снега брали пробы по всей глубине среза. Образцы снега, взятые с опытного участка, поместили в сосуды. Оставили их до полного таяния снега при комнатной температуре. Из образцов снега, взятых на большей глубине, получили большее количество воды, что свидетельствует о том, что снег в нижних слоях плотнее. Плотность снега зависит от многих факторов: оседания под собственным весом (от толщины снегового покрова), уплотнения при ветре, изменений при оттепелях, выпадения жидких осадков, солнечной погоды, времени года и рельефа.
Поскольку снег не является абсолютно чистым (особенно у дорог), исследовали его состав на содержание механических и химических загрязнителей. Для этого по специальным методикам определяли: содержание взвешенных частиц [2]; цвет, прозрачность, запах[3]; кислотность; химические загрязнители, в том числе ионы тяжелых металлов[1];
Содержание взвешенных частиц(С) определяли путем фильтрования талой воды через бумажный фильтр, последующего высушивания на бумажном фильтре осадка до постоянной массы и взвешивания. Для анализа брали 1000мл воды каждой пробы. Содержание взвешенных веществ в мг/л в испытуемой воде определяем по формуле:
где m1- масса бумажного фильтра до опыта, мг
m2- масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц , мг
V-объем воды для анализа в л.; ПДК = 10 мг/л.
Для достоверности эксперимента каждое взвешивание проводили трижды. Во всех пробах верхнего слоя снега нашего опытного участка осадка не обнаружили; небольшое содержание взвешенных частиц в нижнем слое связанно с попаданием в пробу частичек почвы и травы при её взятии. В пробе снега, взятого у дороги, обнаружили большое содержание механических примесей.
Результаты определения взвешенных частиц Таблица 1

Пробы с пришкольного участка
Проба
у дороги


Проба 1
( 1- 10 см)
Проба 2
( 10-20см)
Проба 3
(20-30см)
Проба 4
( 40-50см)
Проба 5
(50-60см)
Проба 6
(60-70см)
Проба 7

m1, г
1,655
1,63
1,65
1,63
1,655
1,655
3, 213

m2, г
1,655
1,63
1,65
1,63
1,658
1,661
3, 252

С,мг/л
0
0
0
0
3
6
122

Для диагностики цветности [3] , как одного из показателей состояния воды, брали стеклянный стакан и лист белой бумаги. В сосуд наливали воду и на белом фоне бумаги определяли цвет воды (голубой, зеленый, серый, коричневый) - показатель определенного вида загрязнения. Установили разницу в цвете. В разных пробах цвет изменяется от светло-серого на школьном участке до грязно-бурого у дороги.
Для определения прозрачности воды [3] использовали стеклянный мерный цилиндр с плоским дном. По высоте столба читабельности оценивали прозрачность талой воды с разных участков. Показатель прозрачности снега взятого у дороги (14см) в три раза меньше, чем у проб, взятых с пришкольного участка(43см).
Запах определяли по методике [2]. Отсутствие запаха практически на всей глубине снежного покрова говорит о благоприятной экологической обстановке в окрестностях нашего опытного участка. Травянистый запах самого нижнего слоя обусловлен наличием сохранившейся прошлогодней растительности. У дороги запах неопределённый, он не подходит не под одно из приведенных в данной методике описаний.

Определение химических загрязнителей

Промышленные предприятия, автомобильный транспорт выбрасывают в атмосферу оксиды азота, серы, углерода, которые в атмосфере, соединяясь с водой, образуют кислоты. Они губительно действуют на живые организмы, строения, памятники. Кислотность определяли по изменению окраски универсальной индикаторной бумаги. Установили, что среда растворов во всех пробах школьного участка нейтральная. Участок у дороги показал слабокислую среду (рН=5,5). Повышение кислотности связано с выбросами автомобилей, поток которых по данному участку в течение зимы интенсивный.
Используя специальные методики можно выявить в снеге конкретные химические вещества, которые попадают в него в результате антропогенного воздействия. С помощью качественных реакций [1,3] определяли содержание хлорид-, сульфат- и сульфит-ионов в исследуемых пробах. Обнаружили, что во всех пробах снега, взятых с пришкольной сопки, содержание ионов Cl-, SO42-, SO32- менее 1 мг/л (см.таблицу 2). В пробе снега, взятой с участка у дороги, было обнаружено повышенное содержание хлорид-ионов (Cl-), более 10мг/л (помутнение раствора в присутствии нитрата серебра). Возможно, это связано с тем, что для борьбы с гололедом дороги посыпают солью-хлоридом кальция, а участок школьной сопки лишен такого воздействия.
Такие металлы как железо, свинец и медь вредны для здоровья человека. Попадая в организм в огромных количествах, они влияют на обмен веществ, нервную систему и мозговую деятельность [4]. В результате качественного анализа [1,5] снежного покрова на содержание катионов этих металлов было обнаружено повышенное содержание Fe3+ и Pb2+ в снеге прилегающей к школьной территории автодороги, что обусловлено влиянием транспорта.
Обнаружение свинца (Pb2+): в пробирку с пробой внесли 1мл 50% раствора уксусной кислоты, добавили 0.5мл 10% раствора хромата калия. При наличии в исследуемой пробе ионов свинца выпадает желтый осадок свинца, если содержание катионов свинца более 100мг/л. При помутнении раствора концентрация катионов более 20мг/л, а при опалесценции – 0,1мг/л.
Обнаружение катионов железа (Fe3+): в пробирку добавили 10 мл пробы, 1 каплю концентрированной азотной кислоты, 2-3 капли пероксида водорода и 0,5 мл раствора роданида аммония. При содержании железа менее 0,1мг/л окраска отсутствует, при 0,5мг/л появляется слабое розовое окрашивание, при 10 мг/л –ярко-розовое, при более 100мг/л – красное (метод основан на использовании реакции взаимодействия ионов железа с роданид-ионами: Fe3+ + 6CNS- = [Fe(CNS)6]3- , что приводит к красному окрашиванию.
Обнаружение катионов меди (Cu2+): в фарфоровую чашку поместили 3-5мл пробы, осторожно выпарили досуха и нанесли на периферийную часть пятна каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно-синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов меди Cu2+: Cu2++ 4NH4OH[Cu(NH3)4]2++ 4H2O (см. таблицу 2).

Результаты анализа снега на выявление химических загрязнителей Таблица 2
Ионы
загрязнителя
Путь выявления в растворе
Результаты проб
пришкольного участка
Результаты проб снега
(около дороги)



1
2
3
4
5
6

7, 8, 9

SO42-
проба+(2-3мл)HCl+(0,5мл)BaCl2=BaSO4 белый осадок
нет
нет
нет
нет
нет
нет
нет

SO32-
проба+(2-3мл)KMnO4 розовый цвет исчезает
нет
нет
нет
нет
нет
нет
обесцвечивание

Cl-
проба+(3-4мл)HNO3+(1мл)AgNO3 = =AgCl белый осадок
нет
нет
нет
нет
нет
нет
помутнение,
[Сl-] >1 мг/л

Fe3+
проба+(1мл)HNO3 +H2O2+(1мл) NH4CNS= =Fe(CNS)3 красный осадок
нет
нет
нет
нет
нет
нет
розовый раствор,

· 0,5 мг/л

Cu2+
проба+ NH4OH =[Cu(NH3)4] синий
нет
нет
нет
нет
нет
нет
нет

Pb2+
проба+(1мл)K2СrO4=PbСrO4 желтый
осадок
нет
нет
нет
нет
нет
нет
помутнение,
[Pb2+]>10 мг/л


Капельный анализ проб снега [6] также показал наличие в снежных пробах у дороги повышенное содержание ионнов свинца и железа.

Заключение и выводы

В настоящей работе проведены исследования свойств снега: плотности и температуры в зависимости от глубины покрова. Определены органолептические показатели талой воды (цвет, запах, прозрачность), наличие взвешенных частиц, кислотность на разных участках. Выполнен качественный анализ снега на наличие химических загрязнителей (хлорид-, сульфат- и сульфит-ионов), катионов тяжелых металлов. Проведен сравнительный анализ результатов проб снега с ПДК компонентов, что позволило выявить зависимость чистоты снежного покрова от антропогенного действия человека на разных участках и разработать рекомендации и предложения по ограждению человека от негативных воздействий. По результатам работы сформулированы выводы:
Снег-это гигантское «одеяло», защищающее землю от промерзания.
Снег не является абсолютно чистым и может содержать различные примеси.
На пришкольном участке механических и химических загрязнителей, в том числе ионов тяжелых металлов, в опасных концентрациях не обнаружено (в сравнении с ПДК).
Экологическое состояние окружающей среды на территории школы в пределах нормы.
Установлено повышенное содержание механических примесей, хлорид – ионов, а также ионов свинца и железа в пробах снега близлежащей автодороги, что обусловлено воздействием выхлопных газов автомобилей, использованием химических реагентов для борьбы с гололедом и иных результатов деятельности человека.
Содержащиеся в снежном покрове химические загрязнители при таянии попадают в почву, из года в год накапливаются в ней, проникают в растительные и животные организмы. Накапливаясь в организме человека, могут вызывать нарушения функций кровообращения, мозговой деятельности, обмена веществ, аллергические реакции.
Рекомендации и предложения:
во избежание попадания и негативных воздействий на организм солей тяжелых металлов и других химических загрязнителей, не использовать в лечебных целях и в пищу растения, грибы и ягоды, произрастающие вдоль автодорог;
следить за состоянием окружающей среды в своем микрорайоне, используя данные учебно-исследовательских работ;
знакомить с экологическими проблемами учащихся своей школы, родителей, жителей города;
для изменения ситуации в лучшую сторону необходим переход на экологически чистое топливо, сокращение выпуска этилированного бензина, являющегося причиной свинцового загрязнения.
Работа имеет возможность дальнейшего продолжения по выявлению химических загрязнителей в почве и произрастающих на ней растительных объектах.
Литература
Астафуров В.И. Основы химического анализа.- М.: Просвещение, 1982г.-160с.
Асеева З.Г., Харьковская Н.Л. Анализ воды из природных источников. //Химия в школе.- 1997- №3-с.62
Габриелян О.С. Химия 8 класс //Учебник.- М.: Дрофа, 2010г.- с.183
Мартин Р. Бионеорганическая химия токсичных ионов металлов // Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. - М.: Мир, 1993.- 368 с.
Харьковская Н.Л., Ляшенко Л.Ф., Волынцева H.A. Железо и окружающая среда // Химия в школе.- 1998.- № 5.- c. 11-16.
Н.Л.Харьковская. «Использование капельного анализа на уроках химии». «Химия в школе» №1,1995г.
С=(m2-m1)*1000/V



15

Добавить комментарий