Исследовательская работа по теме "Вертикальный мониторинг качества снега в рамках школы"

городская научная конференция молодых исследователей                                                                      «Шаг в будущее»

Вертикальный мониторинг качества снега в рамках школы

Автор: Казарин Михаил

ученик 7г  класса МБОУ

«СОШ №2 имени Исаевой А.И.»

Руководитель: Миронова Ирина Юрьевна

учитель химии МБОУ

«СОШ №2 имени Исаевой А.И.»

Нефтеюганск 2014

Вертикальный мониторинг качества снега в рамках школы

Автор: Казарин Михаил

ХМАО – Югра, г. Нефтеюганск,

МБОУ «СОШ №2 имени Исаевой А.И.»

ученик 7г  класса

Аннотация работы.

Цель:  Выявить, на какой высоте содержится больше примесей и загрязнений в снеге.

Объект исследования: свежевыпавший и лежалый снег.

Методы исследования:   Анализ литературы. Лабораторный эксперимент (качественный анализ). Наблюдение, сравнение. Выявление закономерностей.

Научная новизна: Мы знаем, что если в воздухе содержится много примесей, то это можно определить по их количеству в выпавшем снеге. Снег является индикатором загрязнения воздуха. В литературе мы нашли подтверждение того, что осадки  – это показатель загрязненности природного воздуха. Исследователи и ученые это уже доказали. Мы решили проверить изменение количества примесей в воздухе снизу вверх, т.е. по вертикали. Одинаково ли оно на разных высотах? Ответа на этот вопрос мы не нашли ни в печатной литературе, ни в интернет- сообществе. И решили проверить сами.

Полученные результаты:  Снег  проб № 1-9 оказался разной степени загрязнённости. По рН-среды снег в каждой пробе слабо кислотный. Отличий в пробах нет.  По физическим параметрам все пробы, кроме № 1,4 достаточно чистые, без большого количества грязи и примесей.  По химическим параметрам в пробах наиболее часто встречаются хлорид-ионы: в малой концентрации в пробе № 1,5 и в довольно большой концентрации в пробе № 4.  Сульфат-ионы - обнаружены в очень малой концентрации в пробе №2.  Ионы железа в снеге не обнаружены. 

Выводы:   Анализ физических свойств взятых проб снега  и исследование химического состава показал, что наиболее близки к контролю – дистиллированной воде – пробы,  взятые в точках наименьшего присутствия продуктов  жизнедеятельности человека (2, 3 этажи с любой стороны школы). В пробах с подоконников 1 этажа снег содержит физические примеси – пыль, песок, сажа, нити, волосы. Анализ результатов показал, что химические примеси в пробах снега невелики, т.е. загрязнение природных осадков, а, следовательно, воздуха - умеренное.  Из исследуемых сторон  и высот школы наиболее  загрязнёнными участками являются 1 этаж  (содержание примесей в 1,5-2 раза больше, чем на 2-3 этаже). На уровне 2 и 3 этажа примеси одинаковы (по составу и количеству). Частично гипотеза не подтвердилась.

Содержание работы:

1)      План исследования…………………………………………………….3

2)      Обзор литературы…...…………………………………………………4

3)      Научная статья……………………………………………………….…8

4)      Ход исследования……………………………………………………....8

5)      Результаты исследования……………………………………………..10

6)      Выводы…………………………………………………………………11

7)      Литература……………………………………………………………..12

8)      Приложения……………………………………………………………I - V

Вертикальный мониторинг качества снега в рамках школы

Автор: Казарин Михаил

ХМАО – Югра, г. Нефтеюганск,

МБОУ «СОШ №2 имени Исаевой А.И.»

ученик 7г  класса

План исследования.

Каждый человек имеет право на сохранение здоровья и чистый воздух дома и в школе. Везде ли одинаково чистый воздух? На каком этаже лучше жить или этажность не влияет на чистоту воздуха? Такие вопросы интересуют многих людей. На курсе «Я- эколог» мы решили попробовать ответить на эти вопросы.  Отличается ли чистота воздуха на разных этажах школы?

Проблема  Одинаково ли чистый воздух на разных этажах здания?

Гипотеза  исследования основана на том, что снег является индикатором загрязнения воздуха в зимний период. Если в воздухе содержится много примесей, то мы обнаружим их в выпавшем снеге. Чем выше от земли, тем меньше в снеге примесей.

Цель:  Выявить, на какой высоте содержится больше примесей и загрязнений в снеге.

Задачи:

1.         Изучить литературу по теме проекта.

2.         Подготовить и провести исследование по определению количества примесей и загрязнений в снеге на разных этажах и сторонах здания школы.

3.         Подготовить презентационные материалы по проекту.

Объект исследования: свежевыпавший и лежалый снег.

Методы исследования:

1. Анализ литературы

2. Лабораторный эксперимент (качественный анализ примесей)

3. Наблюдение, сравнение.

4. Выявление закономерностей.

Научная новизна: Мы знаем, что если в воздухе содержится много примесей, то это можно определить по их количеству в выпавшем снеге. В литературе мы нашли подтверждение того, что осадки  – это показатель загрязненности природного воздуха. Исследователи и ученые это уже доказали. Так же доказано, что наиболее загрязненный снег возле дорог. Мы решили проверить количество примесей в снеге, а, значит, в воздухе, снизу вверх по вертикали. Одинаково ли оно на разных высотах? Ответа на этот вопрос мы не нашли ни в печатной литературе, ни в интернет- сообществе. И решили проверить сами.

Литературный обзор

Одной из экологических проблем современности является загрязнение атмосферы выбросами предприятий, заводов. Ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается около 200 млн. тонн твердых примесей (сажа, пыль) , 700 млн. т. угарного газа, 150 млн. т. оксидов азота. В сумме получается более 1 млрд. т. вредных веществ. В зависимости от источника загрязнения изменяется  состав снега.

Атмосферный воздух городов содержит очень большое количество загрязняющих веществ. Этот факт общеизвестный. Зимой это загрязнение больше, т. к. на полную мощность работают котельные, дым из их труб виден издалека. При этом загрязнение распространяется на очень большое расстояние от источника загрязнения, в зависимости от направления ветра. Часть взвешенных в воздухе веществ оседает на Землю вместе с осадками, например в виде снега. Источник снежного покрова – снежинки. Они образуются в холодных слоях тропосферы при конденсации влаги на носящихся в воздухе пылинках, частичках солей, спорах и пыльце растений и других компонентах, находящихся в атмосфере, в том числе и вредных. Поэтому анализ снежного покрова является одним из компонентов определения степени загрязнения атмосферы. Система контроля снежного покрова является частью общей системы мониторинга трансграничного и дальнего переноса загрязняющих веществ. Осадки являются эффективным фактором вымывания различных веществ из воздуха. При этом процессы влажного и сухого выпадения могут привести к изменению химического состава почв, вод рек и водоемов. Снежный покров – надежный индикатор в частности такого важного параметра, как атмосферная нагрузка на природные экосистемы. [4]

В нашем регионе экологическая обстановка такова.

Основными организованными источниками загрязнения атмосферы являются трубы печей и факелы. По данным государственной статистической отчетности 2-ТП (воздух), в 2012 году выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на территории округа составили 2 429,49 тыс. т, в том числе: – твердых ЗВ – 119,091 тыс. т (на долю которых приходится 4,9%); – газообразных и жидких ЗВ – 2 310,401 тыс. т (составляющих 95,1% от всего объема). В 2011 году при объеме выбросов 2 353,007 тыс. т на долю твердых ЗВ  пришлось 4,95% (116,514 тыс. т), а газообразных и жидких ЗВ – 95,05%   (2 236,493 тыс. т).  В целом за последние 5 лет на долю твердых ЗВ приходится около 5-6%  годовых выбросов, газообразных и жидких – около 94-95%. Среди газообразных  основную массу составляет оксид углерода – около 44-52% от общего объема выбросов в атмосферу, летучие органические соединения составляют около 21- 30%, углеводороды (без ЛОС) – около 14-24%, оксиды азота – около 3-6%, диоксид серы – около 0,1-0,3%.

На долю уловленных и обезвреженных загрязняющих веществ стабильно приходится 0,3-0,4% от общего количества отходящих от всех стационарных источников выбросов.

За период 2008-2012 гг. наблюдается тенденция увеличения объемов выбросов от стационарных источников. Так, с 2008 г. годовой объем выбросов увеличился с 2 294,23 тыс. т до 2 429,49 млн. т в 2012 г. В 2011 году увеличение выбросов на 135,64 тыс. т. произошло за счет основных источников загрязняющих веществ, расположенных в Нижневартовском районе, на долю которых приходится 41,6% от всего объема выбросов по округу; в 2012 году – в Ханты-Мансийском (345,82 тыс. т) и Нефтеюганском (81,87 тыс. т) районах.

По видам экономической деятельности наибольший вклад в общий объем выбросов загрязняющих веществ вносит раздел «добыча полезных ископаемых»,  на долю которого за период 2008-2012 гг. приходится 70-82% выбросов, далее следует раздел «транспорт и связь» – 10-24%. При этом на фоне тенденции снижения объема выбросов от добывающей промышленности растет доля вклада от транспорта и связи.

Разделы «обрабатывающие производства» (главным образом по подразделу «производство кокса и нефтепродуктов»), а также «производство и распределение электроэнергии, газа и воды» вносят соответственно 0,7-3% и 2-4% загрязняющих веществ, отходящих от стационарных источников на территории автономного округа [1].

Качество атмосферного воздуха в городах округа

Загрязнение атмосферного воздуха в 2012 г. в городах Ханты-Мансийского автономного округа – Югры в основном характеризуется повышенными значениями концентраций формальдегида и фенола. В 2012 г. было зафиксировано превышение максимально-разовой ПДК формальдегида в г. Радужном, г. Нижневартовске, пгт. Березово соответственно в 3,1; 2,4 и 1,3 раза. В январе 2012 года был зарегистрирован случай высокого загрязнения воздуха г. Белоярском формальдегидом, превышение максимально-разовой ПДК составило 12,7 раз. В городах Ханты-Мансийск, Нефтеюганск, Сургут максимальные из разовых концентраций формальдегида ниже ПДК. Средние за год концентрации формальдегида превышали ПДК в таких населенных пунктах, как г. Белоярский, г. Радужный, пгт. Берёзово. Зафиксировано, что средние в 2012 г. концентрации формальдегида в этих городах были превышены соответственно в 10,0; 5,2; 4,6 раза. В городах Нефтеюганск и Ханты-Мансийск средние за год концентрации формальдегида превысили ПДК в 3,0 раза. В городах Нижневартовск и Сургут среднегодовые концентрации формальдегида превысили ПДК в 3,4 раза.  Если прослеживать тенденцию изменения средних концентраций формальдегида в городах Ханты-Мансийского автономного округа – Югры за период 2008-2012 гг., то можно отметить, что в пгт. Березово значения концентраций снизились, а в г. Радужном, г. Белоярском, г. Нефтеюганске, г. Сургуте, г. Нижневартовске и г. Ханты-Мансийске – возросли. [1]

В г. Нефтеюганске средняя за год концентрация диоксида азота составила 1,1 ПДК, максимальная концентрация – 1,3 ПДК.  Если прослеживать тенденцию изменения средних концентраций диоксида азота за период 2008-2012 гг., то можно отметить, что в г. Нефтеюганске значения этих концентраций возросли.

Талые воды (полученные при анализе проб снежного покрова) на участках распределенного фонда недр в 2012 г., как и в предшествующие годы, были маломинерализованными. Обязательным на месторождениях автономного округа является определение в пробах снежного покрова сульфатов и хлоридов, учитывая их значение для индикации процессов техногенеза. Содержание хлоридов и сульфатов было на весьма низком уровне и составляло, как правило, менее  5 мг/дм3.  Ввиду отсутствия ПДК для снежного покрова, концентрация загрязняющих веществ в нем оценивалась с предельно допустимыми концентрациями для водных объектов рыбохозяйственного значения. В 2012 году средние концентрации загрязняющих веществ относительно ПДК распределились на 2 группы:  не превышающие предельно допустимые нормы – ионы аммония, нитраты, сульфаты, хлориды, никель, железо, хром и свинец; соответствующие установленным нормативам – углеводороды, фенолы, цинк, марганец. Оценка степени трансформации состава снежного покрова выполнена путем сопоставления результатов мониторинга в пунктах с различной функциональной нагрузкой: фоновых (отражающих состав снега вне зоны прямого воздействия объектов нефтедобычи с относительно незагрязненным атмосферным воздухом), подфакельных наблюдений (расположенных вблизи источников атмосферных эмиссий загрязняющих веществ) и контрольных (на участках вблизи техногенных объектов) [1].

Талые воды (полученные из проб снежного покрова) в 2012 г. имели преимущественно слабокислую реакцию. Подкисление снега наиболее отчетливо проявлялось на участках подфакельных наблюдений. Среднее значение pH составило в подфакельных пунктах мониторинга 5,44 единиц pH, в то время как на условно-фоновых – 5,75 единиц.

Согласно данным  Ханты-Мансийского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (филиала федерального бюджетного учреждения «Обь-Иртышское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды») степень загрязнения природных вод в Нефтеюганске 4,01-4,38 УКИВЗ – грязная. В населенном пункте г.Нефтеюганск превышений ПДК в атмосферном воздухе зимой-весной 2014 года не наблюдалось [2].  В автономном округе ведется Мониторинг снеговых выпадений. Пункты наблюдения - контрольные и фоновые локального мониторинга (в границах лицензионных участков недр). Кол-во пунктов наблюдения -870. контролируемых параметров – 13 [3].  Изучив данную литературу, мы пришли к выводу, что общее состояние загрязнения воздуха в округе и в городе в целом известно, наблюдения ведутся, но на наши вопросы ответов мы не получили. Значит, будем работать сами.

Вертикальный мониторинг качества снега в рамках школы

Автор: Казарин Михаил

ХМАО – Югра, г. Нефтеюганск,

МБОУ «СОШ №2 имени Исаевой А.И.»

ученик 7г  класса

Научная статья.

Наше исследование  состоит из 4 этапов:

·         Подготовительный – разметка мест для взятия проб, подготовка снега.

·         Характеристика физических свойств талой воды каждой пробы.

·         Характеристика химических свойств талой воды каждой пробы на содержание различных загрязнителей (ионов).

·         Повторные исследования с последующим сравнением данных.

Ход исследования.

Методика работы на 1 этапе.

Для проведения работы были выявлены некоторые особенности здания школы. Фасад основного здания  выходит на оживленную автодорогу по улице Ленина.  Дополнительный (новый) корпус располагается перпендикулярно. Одной стороной он выходит на дом №12 5 микрорайона, другой – на школьный стадион. Пробы снега было решено брать со всех сторон школьного здания. Точки для отбора проб снега были выбраны:

Проба №1 – окно 1 этажа старого корпуса школы (фасад);

Проба №2 – окно 2 этажа старого корпуса школы (фасад);

Проба №3 – окно 3 этажа старого корпуса школы (фасад);

Проба №4 –  окно 1 этажа нового корпуса школы (12 дом);

Проба №5– окно  2 этажа нового корпуса школы (12 дом);

Проба №6– окно 3 этажа нового корпуса школы (12 дом);

Проба №7–  окно 1 этажа нового корпуса школы (стадион);

Проба №8– окно  2 этажа нового корпуса школы  (стадион);

Проба №9– окно 3 этажа нового корпуса школы (стадион).

Мониторинг проводился в течение 3 месяцев группой учащихся. Всего было сделано по 4 анализа в каждой точке.

Отбор проб снега проводился  пластмассовым стаканом емкостью 150мл.  В месте отбора пробы стакан вертикально врезали в толщу снега до поверхности откоса окна. Если стакан не полный, повторяли процедуру радом до полного набора емкости снегом (с уплотнением). Каждый стакан отмечали, нумеровали и оставляли в помещении для таяния. Через час пробы готовы к проведению анализа.

Методика работы на 2 этапе.

Цель работы на данном этапе – физические свойства снега- органолептическое определение прозрачности, цвета, запаха, наличие осадка.

Органолептические свойства - это свойства объектов внешней среды, которые выявляются и оцениваются с помощью органов чувств [4]. Мы определяли цвет талой воды, запах талой воды и силу запаха.

Порядок выполнения:

1.  Цвет. Это один из показателей состояния воды. Для определения цвета воды берётся стеклянный цилиндр и лист белой бумаги. В сосуд наливается исследуемая вода и на белом фоне определяется цвет воды (голубоватый, отсутствие цвета, серый, коричневый и т. д.).  В норме талая вода должна быть бесцветной, наличие цвета показывает, что вода загрязнена какими-либо примесями.

2.  Прозрачность. Для определения прозрачности проба талой воды наливается в стеклянный цилиндр, диаметром 3 см и высотой 30 см и через этот цилиндр просматривается печатный шрифт на листе бумаги. Регулируя высоту воды в цилиндре определяется, через какой слой воды хорошо виден шрифт. Для контроля делается проба с дистиллированной водой. Исследуемая вода может быть прозрачной, слабо мутной, сильно мутной. Перед исследованием воду необходимо взболтать. Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц в воде и определяется высотой столба воды в цилиндре в сантиметрах, через которую начинают читаться буквы.

3.  Запах. Для определения запаха талая вода наливается в коническую колбу (объём 250 мл), колба закрывается пробкой, встряхивается, затем колба открывается и быстро определяется характер запаха. Интенсивность запаха оценивается по пятибалльной системе: 0 – нет запаха; 1 – очень слабый; 2 – слабый; 3 – заметный; 4 – отчётливый; 5 – очень сильный.

4.  Осадок. Наличие осадка определяется суточным отстаиванием воды. Если осадок образуется, то он может быть хлопьевидным, плотным, в виде песка, глинистым, похожим на землю, кристаллическим и т. д.  10мл каждого образца отфильтровали, высушили фильтры, сравнили визуально количество грязи на них. Попробовали взвесить, но не смогли определить массу грязи, т.к. весы не аналитические, нельзя определить тысячные доли грамма.

Методика работы на 3 этапе.

Определение химических показателей снега. Порядок выполнения:

Определение кислотности талой воды (рН). Оксиды неметаллов, содержащиеся в атмосфере, такие как оксиды серы, азота, углекислый газ, соединяясь с водой, образуют кислоты. Поэтому выпадающие осадки часто бывают кислотными. Они губительно действуют на все живое.

Одинаковые порции лежалого снега (с подоконников) растопили, отмерили по 2 мл. С помощью индикаторной бумаги определили кислотность снега в каждой пробе. Кислотность определили по цветовой шкале. Она оказалась равна 6. Повторно анализ делали с раствором универсального индикатора. Он тоже дал такой же результат: рН=6. Опыт повторили с каждой пробой. Результат тот же: рН=6.

Для химического анализа на содержание иона хлора к пробе добавляли раствор нитрата серебра. По помутнению и выпадению осадка определяли его наличие.

Для определения ионов железа добавляли раствор роданида калия (если есть железо - раствор краснеет).

Для определения сульфата в снеге к пробе добавляли раствор хлорида бария. По помутнению и выпадению осадка определяли его наличие.

Результаты эксперимента

Анализ проб показал, что места, где были взяты пробы, оказались разной степени загрязнённости:

По рН-среды снег в каждой пробе слабо кислотный, что объясняется наличием химических веществ в воздухе, которые переходят в тучи (осадки). Отличий в пробах нет.

По физическим параметрам все пробы, кроме № 1,4 достаточно чистые, без большого количества грязи и примесей.

По химическим параметрам в пробах наиболее часто встречаются хлорид-ионы: в малой концентрации в пробе № 1,5 и в довольно большой концентрации в пробе № 4. Это можно объяснить наличием соли в смеси, которой посыпают дороги и тротуары.

Сульфат-ионы - обнаружены в очень малой концентрации в пробе №2.

Ионы железа в снеге не обнаружены.

При повторных анализах  данные проб отличались незначительно. Самые загрязненные пробы снега оказались весенние (как и ожидалось).

Выводы:

1.                  Анализ физических свойств взятых проб снега  и исследование химического состава показал, что наиболее близки к контролю – дистиллированной воде – пробы,  взятые в точках наименьшего присутствия продуктов жизнедеятельности человека (2, 3 этажи с любой стороны школы). В пробах с подоконников 1 этажа снег содержит физические примеси – пыль, песок, сажа, нити, волосы.

2.                  Анализ результатов показал, что химические примеси в пробах снега невелики. Загрязнение природных осадков, а, следовательно, воздуха - умеренное.

3.                  Из исследуемых сторон  и высот школы наиболее  загрязнёнными участками являются 1 этаж  (содержание примесей в 1,5-2 раза больше, чем выше). На уровне 2 и 3 этажа примеси одинаковы (по составу и количеству).

4.                  Сопоставляя все результаты наблюдений и исследований, можно предположить, что потенциальные источники загрязнения снежного покрова в районе школы – автодороги и, частично, котельная в районе автовокзала (пробы снега со стороны дома №12 5 микрорайона содержат больше примесей, чем те же пробы со стороны 6 микрорайона).

В ходе работы с источниками, проведения исследования, гипотеза  исследования подтвердилась частично. Т.е. не подтвердилось предположение, что чем выше меньше от земли, тем меньше примесей. Данные нашей работы показали, что на уровне 2 и 3 этажа содержание химических и физических примесей примерно одинаково, но сильно отличается от уровня 1 этажа.

 Наша гражданская позиция: Т.к. содержание примесей в снежном покрове наибольшее около автодорог, то необходимо отделять жилую зону от них с помощью активного озеленения микрорайонов. В этом году мы приняли активное участие в благоустройстве и озеленении территории школы и своих домов. Наиболее перспективными озеленителями в микрорайонах являются кустарники. Мы планируем весной продолжить благоустройство территории школы, высаживая по периметру кустарниковые растения.

Практическая значимость:  Ежедневно на каждой перемене мы открываем форточки и окна для проветривания. Теперь мы знаем, что на всех этажах выше первого воздух, поступающий с улицы, одинаков.  Примесей и загрязнений в воздухе нашего города мало, в основном на первом этаже и накапливаются в течение зимы.  Талая и дождевая вода содержит меньше различных ионов, чем водопроводная, значит при дополнительной фильтрации или отстаивании, ею можно пользоваться для полива комнатных растений и рассады, особенно если брать снег подальше от дороги.

Литература

1.      ДОКЛАД «Об экологической ситуации в Ханты-Мансийском автономном округе – Югре в 2012 году http://www.ecology.admhmao.ru/wps/wcm/connect/4af1e60b-e99d-4048-82f3-d3691aba12aa/%D0%94%D0%9E%D0%9A%D0%9B%D0%90%D0%94+2012.pdf?MOD=AJPERES&CACHEID=4af1e60b-e99d-4048-82f3-d3691aba12aa

2.      Ханты-Мансийский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды  http://www.ugrameteo.ru/him.php

3.      Экологический портал Югры  http://www.ecougra.ru/

4.       Алексеев, С. В. и другие. Практикум по экологии. [Текст] / С. В. Алексеев, М.: АО МДС. 1996. – 150 с.

5.      Ашихмина, Т. Я. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие. [Текст] / Т. Я. Ашихмина. М.: Агар. 2000. – 385 с.

6.      Попова, Т. А. Экология в школе. Мониторинг природной среды. методическое пособие [Текст] / Т. А. Попова М,: Творческий центр. 2005. – 105 с.