Жаркое лето 2010

НАЦИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
«ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНО-ТВОРЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ РОССИИ»


Конкурс исследовательских работ «ЮНОСТЬ, НАУКА, КУЛЬТУРА»


Секция: ХИМИЯ


Жаркое лето 2010
(Определение кислотности атмосферных осадков)


Кудриков Алексей
МОУ сош №1, 9 класс, г. Наволоки



Научный руководитель: Новикова Вера Леонидовна
учитель химии МОУ сош №1г. Наволоки
высшей квалификационной категории










г. Обнинск, 2010/2011 учебный год
Аннотация.
Лето 2010г в Ивановской области запомнится аномальной жарой. Сильные страдания принесли пожары. В атмосфере скопилось большое количество углекислого газа. Его реакции с водой отразились на атмосферных осадках. Показателем их загрязнения служат данные о концентрации ионов водорода в пробах. В работе мы определяли уровень их кислотности. Наблюдения вели с 1 по 31 августа 2010. Пробы отбирали один раз в сутки. Значение водородного показателя определяли с помощью рН – метра. Фиксировали температуру воздуха, количество слоя осадков в мм. Сравнили результаты с аналогичным исследованием 2005г. Наблюдения показывают, что атмосферные осадки с кислотностью ниже 5,6 не редкость для г. Наволоки. Однако значения их рН в 2005 гораздо выше, чем в августе 2010. Кроме того, наиболее кислые осадки в августе 2010г выпадали в начале периода дождей, сразу после аномальной жары. Далее их рН нормализуется.















Содержание.
Введение.
Обзор литературы.
Методика 1.
Определения кислотности атмосферных осадков с помощью рН - метра.
Результаты определения кислотности атмосферных осадков.
Методика 2.
Описание растительного покрова исследуемых площадок.
Результаты описания растительного покрова исследуемых площадок.
Выводы.
Список литературы.






















Введение.
Лето 2010 года в Ивановской области, как и во всей Европейской части России, запомнится аномальной жарой, продолжавшейся с последней декады июня до первой половины августа. По своему размаху и по степени последствий она не имела аналогов за более чем вековую историю наблюдений погоды [1]. Жара привела к сильной засухе, вызвавшей гибель огромного количества посевных площадей. Сильные страдания принесли масштабные лесные и торфяные пожары. Заметно ухудшилась экологическая обстановка: чувствовался запах гари, в воздухе стоял смог.
Изменить ситуацию могли только дожди. Однако, в атмосфере скопилось значительное количество углекислого газа. При его взаимодействии с водой происходит образование угольной кислоты. Следовательно, масштабные пожары не могли не отразиться на атмосферных осадках. Показателем их загрязнения служат данные о концентрации ионов водорода в дождевых пробах [2]. Чтобы определить уровень их кислотности, мы провели исследование. Цель его можно сформулировать так: определить кислотность атмосферных осадков. В качестве гипотезы предположили, что последствия масштабных пожаров могли спровоцировать выпадение кислотных дождей. Предположив, что кислые атмосферные осадки не являются редкостью для г. Наволоки, мы попытались зафиксировать их вторичные признаки – влияние на окружающую среду. Остановились на тех, которые можно обнаружить даже без специального оборудования - описание растительного покрова.
Для достижения цели необходимо решить ряд задач:
Изучить методику определения кислотности атмосферных осадков по ГОСТу.
Определить концентрацию ионов водорода в пробах атмосферных осадков с помощью рН - метра.
Сопоставить полученные данные с результатами аналогичного исследования в 2005 г.
Описать растительный покров исследуемых площадок.
Объектом исследования являются атмосферные осадки. Предмет исследования: концентрация ионов водорода.





Обзор литературы.
Термин «кислотные дожди» впервые применил в XIX веке Р. Смит в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии» [4]. Понадобились долгие годы исследований, чтобы понять сущность, причины и осознать масштабы этой опасности.
Доказано, что кислотные дожди наносят ущерб не только природе (засыхают леса, развивается суховершинность, угнетается развитие листвы и хвои и др.), но и зданиям и сооружениям [4]. Под их губительным действием медленно разрушаются исторические памятники из мрамора и известняка. Страдает здоровье человека от дополнительного загрязнения питьевых вод, т. к. кислота вытесняет из горных пород различные токсичные металлы [4]. Происходит закисление почв.
Почва медленно изменяет свои свойства [4], однако с годами отрицательные изменения в ней накапливаются. Наглядным показателем закисления почв служат растущие на ней растения – индикаторы (таблица 1).
Таблица 1. Растения – индикаторы свойств почвы [4].
Свойства почвы
Растения - индикаторы

Кислые почвы
Щавель обыкновенный, купавка, молиния

Засоленные почвы
Лебеда, солерос

Застойная сырость почв
Горчица полевая, молочай солнцегляд, люцерна, льнянка, мать-и-мачеха

Уплотненные почвы
Пырей, лютик ползучий

Сухость почв
Ромашка, полынь

Повышенное содержание азота
Звездчатка, крапива, купырь

Песчаные почвы
Коровяк

Глинистые и суглинистые почвы
Лютик ползучий, одуванчик

На сайте «Огород и земледелие» [3] дан более полный список растений кислых почв. Это василек луговой, вереск, вероника дубравная, горец почечуйный, душистый колосок, иван-да-марья, лапчатка, лютик ползучий, маргаритка, мята, осока, пикульник, подорожник большой, торица, фиалка трехцветная, хвощ полевой, щавель конский, вьюнок полевой, горец птичий, клевер, люцерна, мать-и-мачеха, осот, мокрица, нивняк, пырей, репейник, ромашка пахучая, шиповник.
Источники, порождающие кислотные дожди, могут быть природными и антропогенными. Природные источники - это вулканическая деятельность, пожары, биогенные выделения, грозовые разряды [4]. Антропогенное загрязнение создают выбросы ТЭС, промышленности, транспорта [4]. Процесс образования кислотных дождей начинается с накопления в атмосфере оксидов углерода, серы, азота. В результате их взаимодействия с водяными парами образуются кислоты.
CO2 + H2O = H2CO3. SO2+ H2O = H2SO3
2 SO2 + O2 = 2 SO3 SO3+ H2O = H2SO4
2 NO + O2 = 2 NO2 3 NO2 + H2O = 2 HNO3 + NO
Для определения степени кислотности растворов используют шкалу рН, в основе которой лежит концентрация ионов водорода [4]. Амплитуда шкалы рН – от 0 до 14. Если рН равна 7, то среда нейтральная. По Н. В. Винокурову, атмосферные осадки с показателем рН ниже 5,6 получили название «кислотные дожди».
Рисунок 1. Шкала кислотности рН.

Методика исследования 1.
Определения кислотности атмосферных осадков [2].
Отбор проб. При отборе осадков должно быть исключено попадание в пробу посторонних веществ. Для анализа важно собрать первые, наиболее загрязненные порции. Отбор проб производили на открытой ровной площадке, удаленной не менее чем на 100 м от деревьев, холмов, зданий, линий электропередачи, местных источников загрязнения атмосферы. Пробу отбирали один раз в сутки в течение 12 часов (с 8.00 до 20.00 часов).
Рисунок. 2. Оборудование для отбора проб.

Установка для отбора проб располагается на столе размером 80 Ч 80 см, установленном на высоте 150 см от поверхности земли. Она состоит из стеклянной воронки диаметром 25 см 6, крышки 5, стеклянной колбы 8 вместимостью 500 см3, штатива 1 и двух колец 4. На горловине воронки имеется резьба, на которую навинчивается крышка 7 от колбы для воронки.
Порядок отбора проб атмосферных осадков. Перед началом выпадения атмосферных осадков вынесли на площадку воронку с навинченной на ее конец колбой, упакованные в полиэтиленовый пакет, установили их на столе. Воронку закрыли крышкой. В момент начала выпадения осадков крышку снимали. Если дождь шел с перерывами, то на время перерыва воронку закрывали крышкой.
Определение рН. Химический состав проб осадков со временем меняется, поэтому производили измерение сразу после выпадения осадков. Значение водородного показателя pH, атмосферной воды определяли с помощью рН – метра. Дополнительно фиксировали температуру воздуха, определяли количество слоя осадков в мм измерительным стаканом с нанесёнными на нёго делениями. Полученные данные занесли в таблицу 1.
Результаты исследований 1.
Таблица 2. Сводная сравнительная таблица результатов за 2010 и 2005 г.
Дата
T0 C (20.00)
Количество осадков, мм
рН
Дата
T0 C (20.00)
Количество осадков, мм
рН

16.08.10
22
1
4,0
01.08.05
16
3
5,5

17.08.10
16
2
3,9
04.08.05
18
3,5
5,6

19.08.10
12
3
4,2
05.08.05
18
1
5,4

20.08.10
10
1,5
4,8
11.08.05
20
2,5
5,6

22.08.10
14
7,5
5,3
12.08.05
16
10
6,1

23.08.10
14
3
5,2
13.08.05
16
1,5
5,9

24.08.10
17
4
5,5
22.08.05
16
3
6,0

26.08.10
15
9
5,9
29.08.05
14
2
5,3

27.08.10
13
3,5
5,4
30.08.05
13
2,5
5,6

28.08.10
10
5
5,3





29.08.10
9
3,5
5,9





30.08.10
8
2
5,7





31.08.10
7
1
5,8





В августе 2005 года учащимся 10 класса МОУ сош №1 г. Наволоки Аккуратовым А. проводилось аналогичное исследование кислотности атмосферных осадков. Сравним его результаты с результатами нашего нового исследования.
В период с 1 по 31 августа общее количество выпавших атмосферных осадков в 2010 году составило – 46 мм, в 2005 – 29 мм.
Рисунок 2. Количество выпавших осадков.

В августе 2010 года жидкие атмосферные осадки в г. Наволоки выпадали в течение 13 дней наблюдения. Из них только в четырех случаях кислотность соответствовала пределу от 5,6 до 7, и такие дожди можно назвать «чистыми», в остальных 9 случаях рН был ниже 5,6, т. е. атмосферные осадки носили кислотный характер.
За тот же период 2005 года жидкие атмосферные осадки в г. Наволоки выпадали в течение 9 дней наблюдения. Из них в течение 6 дней выпадали «чистые дожди», и только три раза – «кислотные».
Рисунок 3. Кислотность атмосферных осадков.

Из таблицы 2 и рисунка 3 видно, что атмосферные осадки с кислотностью ниже 5,6 не являются редкостью для г. Наволоки, так, в августе 2005 года они были зафиксированы три раза. Однако, значение их рН были гораздо выше (5,3; 5,4; 5,5), чем в августе 2010 (3,9; 4,0; 4,2).
Кроме того, из той же таблицы 2 и рисунка 3 видно, что наиболее кислые атмосферные осадки в августе 2010 года выпадали в самом начале периода дождей, сразу после аномальной жары и имели довольно кислый характер. Далее их рН стремится к 5,6, т. е. кислотность атмосферных осадков постепенно нормализуется.
Методика 2.
Описание растительного покрова исследуемых площадок.
Для описания растительного покрова использовали три площадки размером 5Ч5, находящиеся в разных условиях: под естественной растительностью (Белая гора), под сельскохозяйственными культурами (на приусадебном участке), в месте забора проб атмосферных осадков (поле близ санатория им. Станко). В работе использовали определитель растений И.Н. Алявзиной. Полученные данные обработали по каждому участку, суммировали и выбрали наиболее часто встречающиеся растения, составили таблицу 3.
Результаты исследования 2.
Таблица 3. Растительный покров исследуемых участков.

Наименование растения
Суммарное число повторов

1
Одуванчик
25

2
Осот
23

3
Пырей
21

4
Мокрица
20

5
Подорожник большой
19

6
Щавель (обыкновенный, конский)
19

7
Хвощ полевой
17

8
Лютик ползучий
17

9
Вьюн полевой
12

10
Мать-и-мачеха
9

Интенсивное произрастание на исследуемых участках одуванчика, лютика ползучего, пырея и хвоща говорит о том, что почвы нашей местности – уплотненные глинистые или суглинистые с застойной сыростью.
Часто встречающиеся на исследуемых почвах растения осота, щавеля обыкновенного и конского, а так же вьюна полевого и мокрицы говорят о кислотном характере почв.
Выводы.
В августе 2010 года в г. Наволоки кислотные дожди выпадали в течение 9 дней наблюдения и только в четырех случаях чистые, что значительно превышает соответствующие значения за 2005 год.
Значение рН в 2010 году гораздо ниже показаний 2005 г. Наиболее кислые атмосферные осадки выпадали в самом начале периода дождей 2010 года, далее их рН постепенно нормализуется.
Растительный покров характеризует почвы нашей местности как кислые уплотненные глинистые или суглинистые с застойной сыростью.
Список литературы.
Жара 2010. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов» [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Огород и земледелие [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Н.В. Винокурова, В.В. Трушин «Глобальная экология». М. Просвещение 1992.
И.Н. Алявзина «Определитель растений». М. 1990.









13 PAGE \* MERGEFORMAT 14115




Рисунок 215

Приложенные файлы


Добавить комментарий