Международная научно-практическая конференция
«Первые шаги в науку»
Исследовательская работа
«Исследование степени загрязнённости снежного покрова микрорайона
Новый городок г. Брянска»
Физика
Выполнили ученики 10 класса
МБОУ СОШ № 53
Лазаренко Кристина
Ананьева Елизавета
Киндиров Кирилл
Руководитель:
Брянск 2013г.
Содержание
1.Введение…………………………………………………………………………1
2.Цели и задачи……………………………………………………………………2
3.Снег как форма атмосферных осадков..........................................................2
4.Причины загрязнения снега…………………………………………..………3
5. Физико-химические свойства снега…………………………………………..4
6. Исследовательская работа………………………………..…………………..5
7.Заключения……………………………………………………………………..9
1. Введение.
«Нигде влияние снежного покрова так не велико, как в России, так как нигде нет равнины настолько обширной, отдаленной от морей и покрытой снегом зимой», – писал около 100 лет назад в своей замечательной книге «Климаты земного шара» .
Ещё в древности считали, что снеговая вода самая чистая, её употребляли для мытья, поливки и даже в пищу.
Сегодня качество воды в большинстве районов Земли оставляет желать лучшего. Расточительное расходование пресной воды и повсеместное её загрязнение является главной опасностью для населения Из курса химии мы знаем, что снег обладает высокой сорбционной способностью, снег накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим снег можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей сред. Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы и даже сажа из печных труб домов накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоёмы, загрязняя их. Снег можно исследовать так же, как и воду. Для этого пробу снега растапливают, а затем проводят исследование. Исследуя пробы снега, собранного в разных местах можно получить достаточно полное представление о степени и характере загрязнения территории, выявить причины и источники загрязнения.
Данная работа посвящена исследованию степени загрязнённости окружающей среды, с использованиемпроб снега полученных из разных мест микрорайона Новый городок г. Брянска.
2
2. Цель работы: определить степень общей токсичности снега в различных участках микрорайона Новый городок г. Брянска и изучение физико-химических свойств снега.
Задачи исследования:
1. Изучить причины загрязнения снега.
2. Исследовать физико-химические свойства снега.
3. Сделать вывод о степени общей токсичности снега в разных участках микрорайона.
· Двор дома по ул. Дружбы (проба № 1),
· Проезжая часть ост. «Мечта» (проба № 2),
· Школьный двор МБОУ «СОШ № 53» пер. Северный 58(проба № 3),
· Частный сектор, ул. Кирова (проба № 4),
· Лесной массив (проба № 5).
· Район ж/д вокзала «Орджоникидзе-град» (проба №6)
Объект исследования: снег, взятый из разных участков микрорайона Новый городок, в том числе в районе автомобильной дороги, у леса, вдали от автомобильной дороги, во дворе дома, около железной дороги.
Гипотеза:зависит ли степень загрязнённости снега от удалённости от промышленных зон и автомобильных дорог.
Предмет исследования:талая вода, полученная из проб снега.
Методы исследования:
1.Теоретический (изучение и анализ литературы, постановка целей и задач).
2.Экспериментальный (постановка опытов и проведение физико-химического анализа проб снега)
3.Эмпирический (наблюдения, описания и объяснения результатов исследований)
3.Снег как форма атмосферных осадков
«Атмосфера, являясь одним из основных компонентов биосферы, оказывает интенсивное и разностороннее воздействие на гидросферу, геологическую среду, почвенный покров, здания, сооружения, другие техногенные объекты, а также на человека. Поэтому охрана атмосферного воздуха представляет собой приоритетную экологическую проблему, которой уделяется
3
пристальное внимание во всех развитых странах. Активное воздействие атмосферы на наземные экосистемы и гидросферу проявляется через атмосферные осадки в виде дождя и снега. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и их химический состав в значительной степени зависит от состояния атмосферы.
Снег — форма атмосферных осадков, состоящая из мелких кристаллов льда. Снег является одним из непременных атрибутов зимы. Он образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них — новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок.
«Выпавший на земную поверхность снег формирует снежный покров – уникальный слой, способный качественно и количественно характеризовать
содержание загрязнителей в атмосферных осадках, накапливающихся в толще снега в течение зимнего периода.
В настоящее время не так-то просто найти снег, который превратится после таяния в чистую, полезную для здоровья, воду (как показали исследования экологов, в городском снегу количество вредных соединений, и в первую очередь, в десятки раз превышает все нормы ПДК).
«В России снежный покров устанавливается практически на всей территории страны. В Центральной части, в том числе в Брянской области первый снег обычно выпадает в конце ноября начале декабря, снежный покров устанавливается во второй половине декабря, а сходит полностью в марте.»
4.Причины загрязнения снега
Снег является хорошим индикатором распространения загрязнений вокруг населенных пунктов. Загрязняющие вещества выпадают из атмосферы в сухом виде и с осадками и накапливаются в снежном покрове на больших расстояниях от источников — промышленных предприятий, транспортных коммуникаций и т. п.В снежном покрове может находиться во много раз больше загрязняющих веществ, чем в атмосфере. Он загрязняется поэтапно. Отдельные снежинки вбирают в себя загрязняющие вещества из атмосферы, поэтому выпавший снег уже является не чистым, а токсичным. Особенно сильно загрязнен снег, который выпалв промышленных районах, а также рядом с автомобильными трассами, у котельных.
4
Основными источниками загрязнения снега в нашем районе является автомобильный транспорт и сажа, которая является продуктом горения топлива.
5. Физико-химические свойства снега и талой воды.
Изучив различные источники информации, мы выделили следующие физические свойства снега:
1. внешний вид,
2. запах,
3. прозрачность,
4. плотность,
5. мутность,
6. наличие осадка.
А также и содержание некоторых химических веществ:
содержание железа, нитратов, хлора, фенола и т. д.
Чтобы определить физические и химические свойства талой воды, полученной из снега, мы провели ряд опытов.
Экспериментальная часть.
Ход работы.
1. Определить участки для исследования проб снега….
2. Собрать снег
3. Растопить снег. Талую воду использовать для физико-химического анализа проб. Установить наличие механических и химических загрязнителей в снеге. Сделать выводы по результатам исследований.
4. Результаты эксперимента отобразить в таблицах и диаграммах.
5. Сделать выводы о степени загрязнения снежного покрова на исследуемых участках.
Эксперимент был поставлен в январе 2013 года. Было взято 6 проб снега из разных участков районов города:
· Двор дома по ул. Дружбы (проба № 1),
· Проезжая часть ост. «Мечта» (проба № 2),
· Школьный двор МБОУ «СОШ № 53» пер. Северный 58(проба № 3),
· Частный сектор, ул. Кирова (проба № 4),
· Лесной массив (проба № 5).
· Район ж/д вокзала «Орджоникидзе-град» (проба №6)
С каждого участка взяли по 3 л снега. Принесли снег в помещение, на всех пробах сделали этикетки. После того как содержимое в емкостях растаяло (объем талой воды составил примерно 1,5 л) и приобрело комнатную температуру, стали проводить опыты.
5
Химические и физические исследования.
Методика определения физических свойств талого снега стандартные.
1. Для определения прозрачности проб талой воды встаканобъёмом 150мл наливается определённое количество воды, через которую просматривается печатный текст, напечатанный жирным шрифтом № 14.Перед замером воду
необходимо взболтать. Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения.
Каждую пробу нужно сравнить с контрольным образцом – дистиллированной водой.
Вода может быть прозрачной, слабо мутной, сильно мутной. Результаты представлены в таблице 1.
4. Качественная оценка цветности воды проводится путем сравнения ее с дистиллированной водой на фоне листа белой бумаги (бесцветная, светло-серый, буро-зелёный, зеленоватый).
3. Для определения запаха в чистую широкогорлую колбу наливается исследуемая вода на 2/3 объема, прикрывается стеклом, осторожно взбалтывается. Затем, сдвинув с колбы стеклышко, определяется запах воды.
Содержание взвешенных частиц определяется фильтрованием воды через бумажный фильтр и последующим высушиванием осадка в сушильном шкафу до постоянной массы. Содержание взвешенных частиц (в мг/л) в
6
воде определяется по формуле: (M1-M2) х 1000 / V, где М1 - масса бумажного
фильтра с осадком взвешенных частиц (г), М2 - масса бумажного фильтра (г), V - объем воды для анализа, в литрах.
4.Визуальный осмотр талой воды и фильтрование показали, что все собранные пробы снега в своем составе содержали взвешенные вещества. Наиболее грязной оказалась вода, полученная из снега, взятого с проезжей части(проба № 2), в ней – самый большой осадок. Пробы № 1, 3, 4, 5 и 6 выглядят менее грязными, меньше взвешенных частиц, наиболее прозрачные. Осадок небольшой.
Вывод: Наиболее загрязненной пробой является проба, взятая вблизи автомобильной дороги. В таких местах основным источником загрязнения снега является автотранспорт. Темная окраска снега на обочинах дорог и
соответственно талой воды обусловлена несколькими причинами. Это вынос частиц (сажи, частиц каучука, кремния и др.), содержащихся в выхлопных газах, также из состава автопокрышек, истираемость которых в зимнее время резко возрастает. Ещё одним источником темной окраски служит химический и механический вынос битумных, масляных и других минерально-органических соединений с днищ автомобилей.
7
Мы исследовали пробы талой воды насодержание фенола, хлорид-иона, нитратов, железа, а также мы провели рН-анализ.
· Чтобы определить рН-состояние, мы брали лакмусовую бумажку и опускали в пробы талой воды.
· Чтобы определить запах, мы наливали воду в пробирку, плотно закрывали, встряхивали, открывали и нюхали.
· Цвет мы определяли в сравнении с белым листом бумаги, мы подносили банку к белому листу бумаги и сравнивали.
· Проводили наблюдения за осадком
· Мутность мы определяли, наблюдая через банку с водой печатный текст 12 шрифта.
· Содержание фенола мы определяли добавлением хлорида железа (FeCl3), окраска при добавлении жёлтого раствора должна была измениться на более рыжую, если фенол присутствовал бы.
· Хлорид-ион мы определяли добавлением в талую воду AgNO3, если хлорид ион там есть, то должен был выпасть осадок.
· Для определения содержания нитратов мы использовали хлорид-бария (BaCl2)
· Для определения содержания железа мы взяли кристаллы NH4SCN
· Выпаривали над спиртовкой, на стеклышке
· Плотность воды определяли по массе воды на единицу объема
· Массу примесей измеряли путём взвешивания фильтров, фильтрования, высушивания фильтров и взвешивания высушенных фильтров.
8
Результаты приведены в таблице:
Проба Параметры | 1 ул. Дружбы | 2 ост. Мечта | 3 Школьный двор | 4 ул. Кирова | 5 Лес | 6 Ж/д вокзал |
рН-Эталон | 6 | 0 | 6 | 7 | 6 | 6 |
Запах | Рыба, | Технический, машинное масло | Травянистый | Землистый травянистый, отчетливый | Травянистый | Технический (бензин) |
Цвет | Светло-серый | Буро-зелёный | Светло-серый | Бесцветная | Светло-серый | Зеленоватый |
Что наблюдаем | Частицы земли, отходы пищи | Очень мутная вода, песок, волокна | Песок, темные частицы, семена, волокна | Темные частицы, волокна | Песок, семена, | Темные частицы, травинки |
Виден ли печатный текст через Воду (прозрачность) | Нет | Нет | Виден, но не отчётливо | Виден | Виден | Виден, но не отчётливо |
Фенол | Нет | Есть | Есть | Нет | Нет | Есть |
Хлорид-ион | Есть | Нет | Нет | Нет | Нет | Нет |
Нитраты | Нет | Есть | Нет | Нет | Нет | Нет |
Железо | Нет | Есть | Нет | Нет | Нет | Есть |
Результат выпаривания | Небольшой белый осадок | Серый осадок, появляется специфичный запах | Осадка нет | Небольшой белый осадок | Осадка нет | Небольшой белый осадок |
Плотность | 960 кг/м3 | 1025 кг/м3 | 1008 кг/м3 | 980кг/м3 | 1013 кг/м3 | 1005 кг/м3 |
Масса примесей | 0,3 мг\л | 0,7 мг\л | 0,4 мг\л | 0,2 мг\л | 0, 2 мг\л | 0, 3 мг\л |
9
ВЫВОД:Самый высокий уровень загрязнённости в сравнении со всеми образцами на остановке «Мечта». Там снег наиболее мутный, со специфическим запахом, талая вода буро-зеленого цвета, довольно большой
осадок, печатный текст не виден, в талой воде присутствует фенол, нитраты и железо, у данной пробы самая большая плотность и большая доля примесей.
Следовательно, наша гипотеза подтвердилась, истепень загрязнённости снега зависит от удалённости промышленных зон и автомобильных дорог. Исамый «чистый» снег – в районе лесного массива. Данная проба почти не имеет примесей, снег не мутный, имеет травянистый запах, талая вода светло-серого цвета, с небольшим осадком, печатный текст виден, в талой воде фенол, хлор, железо, плотность талой воды приближена к нормальной, доля примесей небольшая. Образец с улицы Дружбы загрязнен пищевыми отходами. Остальные образцы имеют относительно нормальные физические и химические свойства.
Практическое значение работы
В разных районах города зимой мы наблюдаем снежный покров и визуально можем определить степень его загрязнения. Грязный снег всем бросается в глаза, особенно вдоль дорог и около промышленных предприятий. Данная работа позволяет достаточно точно определить практическим путем физические свойства разных по загрязненности проб снега, определить кислотность и содержание взвешенных частиц в снеговой воде и получить конкретные цифры
Весной снег растает, попадёт в почву, в грунтовые воды, в водоёмы. Загрязняющие вещества будут действовать на живые организмы и можно уже сейчас прогнозировать, что снег, который вывезут с дорог в естественные экосистемы, за территорию города, будет оказывать сильное отрицательное воздействие на живые организмы из-за своей токсичности и загрязненности. В больших городах, таких как Москва, снег с городских улиц и дорог вывозят и плавят на специальных снегоплавильных заводах и не загрязняют пригородные территории.
Заключение
Мы исследовали физические свойства и общую химическую токсичность различных проб снега и выяснили, что снег действительно является индикатором чистоты воздуха.
Основным источником загрязнения воздуха в исследуемом районе является автомобильный транспорт.
Полученные результаты полностью совпадают с нашей гипотезой, что снег, взятый из разных мест микрорайона, имеет неодинаковую степень токсичности. Поэтому можно предложить следующие рекомендации: в зимнее время вывозить снег на специальные снегоплавильные заводы, так как в снеге накапливаются различные токсичные вещества, которые затем могут попасть в местные водоёмы и испортить питьевую воду.
