Изучение влияния кислотных осадков на окружающую среду

Вид материала

Реферат

Содержание II. Материал и методика исследования IV. Выводы Определение предмета исследования. Формулировка проблемы и способа ее решения. Выдвижение гипотезы. I.Обзор литературы. I.2. Воздействие кислотных осадков на окружающую среду Рис.6. Насекомое-вредитель на хвое сосны обыкновенной. Рис.7. Сравнение листьев, выдержанных в водопроводной воде и растворе сернистого газа. Рис.8. Сравнение поверхности листьев под микроскопом (увеличение 10х8) IV. Выводы

Подобный материал:

• Анализ практических аспектов установления пдк для воды и их применение в системе выдачи, 141.82kb.
• Геоэкологическая оценка влияния глиноземного производства на окружающую среду (на примере, 284.37kb.
• Доклад заместителя министра, 39.11kb.
• Закон от 23. 11. 1995 n 174-фз "Об экологической экспертизе", 487.57kb.
• Вторая нефтегазовая конференция «экобезопасность 2011», 57.37kb.
• Третья нефтегазовая конференция «экобезопасность 2012», 209.68kb.
• Вторая нефтегазовая конференция «экобезопасность 2011», 135.77kb.
• Е. Н. Заяшниковым Проект российская федерация федеральный закон, 231kb.
• «Воздействие техносферы на окружающую среду», 66.84kb.
• «Экологическое воздействие производственных процессов на окружающую среду», 44.68kb.

МОУ «Синеутесовская средняя общеобразовательная школа»


ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТ


ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КИСЛОТНЫХ ОСАДКОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ


Выполнила: учащаяся 10 класса

Годымчук Екатерина

Руководитель: учитель химии

Мочалова Л.С.


п.Синий Утес

2011 г


Содержание

Введение I. Обзор литературы I.1. Механизм образования кислотных осадков I.2. Воздействие кислотных осадков на окружающую среду II. Материал и методика исследования II.1. Измерение кислотности снега II.2. Изучение состояния хвои сосны обыкновенной II.3. Моделирование кислотных осадков III. Результаты исследования III.1. Результаты измерения кислотности снега III.2. Результаты изучения хвои сосны обыкновенной III.3. Результаты действия искусственных осадков на листья комнатных растений и химические вещества IV. Выводы V. Литература

3 4-5 4 4-5 6-7 6 6 7 8 -10 8 8 9 -10 11 12

Введение


Актуальность темы. Почему данная тема взята для исследования?


Чистота воздушной среды является одним из условий, благоприятных для здоровья человека. Для меня является важным вопрос: является ли наша местность экологически чистой? Наше поселение относится к санаторной территории и люди, которые приезжают сюда лечиться, должны дышать чистым воздухом, также как и проживающие здесь постоянно.


Определение предмета исследования.

Предметом исследования взят показатель чистоты воздуха.

Для определения чистоты воздуха часто используют в качестве индикатора состояние хвои сосны обыкновенной ( Pinus silvestris), как наиболее чувствительное растение [4].


Формулировка проблемы и способа ее решения.


Из литературы мы узнали, что в незагрязненных лесных экосистемах основная масса хвои сосны здоровая, не имеет повреждений и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянных по всей поверхности. В загрязненной атмосфере появляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны. [ 7]

В нашем поселке есть сосновый бор, по состоянию хвои которого мы решили определить чистоту воздуха

Губительное влияние на растительность оказывают кислотные осадки.

Мы решили провести эксперимент по созданию кислотных осадков и изучить их воздействие на листья комнатных растений.


Выдвижение гипотезы.


Мы предположили, что в нашей местности воздух не загрязнен кислотными осадками.


Цель работы:


1.Изучить состояние хвои сосны обыкновенной на территории поселения Синий Утес.

2.Смоделировать кислотные осадки и проверить их воздействие на листья комнатных растений.


Задачи работы:

1. Изучение литературы о влиянии кислотных осадков на окружающую среду;
   
2. Проверка кислотности снега на территории поселения;
   
3. Оценить состояние воздушной среды по состоянию хвои сосны обыкновенной;
   
4. Смоделировать кислотные осадки путем сжигания серы и растворения сернистого газа в воде;
   
5. Проверка воздействия кислотного дождя на листья комнатных растений
   
6. Провести анализ результатов и их оформление.
   

- 4 -

I.Обзор литературы.

I.1. Механизм образования кислотных осадков

В последнее время стали часто употреблять термин «кислотные дожди». Что обозначает этот термин? Чем может быть вызван кислотный дождь? Это явление техногенного и природного характера хорошо изучено. Учеными однозначно указана причина – в атмосфере возрастает содержание оксидов серы и азота. Они попадают в атмосферу в результате сгорания топлива (газ, нефть, уголь, дрова, торф), которые используют на нефтеперерабатывающих, химических и металлургических заводах, тепловых электростанциях, текстильных и пищевых комбинатах, автомобильном транспорте. Оксиды серы попадают также в атмосферу при извержении вулканов и пожарах.

В работе [2] приводятся данные о содержании серы в разных видах топлива:

Таблица 1

Нефть и нефтепродукты	0,1 – 3,7 % S
Лигнин	1,1 – 1,6 % S
Северный бурый уголь	2.8 – 3,3 % S
Каменный уголь	1,4 % S

При сгорании топлива диоксид серы (SO₂) попадает в атмосферу, где претерпевает ряд химических превращений [ 3 ]: часть SO₂ превращается в сернистую кислоту

SO₂ + H₂O = H₂SO₃ , часть SO₂ превращается в серный ангидрид :

2SO₂ + O₂ = 2 SO₃

Серный ангидрид реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Аэрозоли сернистой и серной кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег). Аэрозоли сернистой и серной кислот составляют 2/3 кислотных осадков, остальные приходятся на аэрозоли азотистой (HNO₂ ) и азотной (HNO₃) кислот.

Кислотный дождь имеет рН = 4 – 4,5.

В 1974 г. в Шотландии был зафиксирован европейский рекорд по значению кислотности атмосферных осадков: рН дождевой воды оказался равен 2,4 [6 ]


I.2. Воздействие кислотных осадков на окружающую среду


Кислотные осадки оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Архитектурные памятники, которые веками простояли без повреждений, в последнее время стали быстро разрушаться из-за взаимодействия кислот с известняком и мрамором.[ 1 ]

За многие тысячи километров отсюда в Парфеноне - мраморном храме девы Афины на Акрополе в Афинах, построенном в 448-438 гг до н э, - 2 тысячи лет стояли скульптуры выдающегося древнегреческого ваятеля Фидия. (V век до н.э.).

За последние 100 лет они настолько пострадали от загрязнения окружающей среды, что их заменили копиями из стекловолокна. Пострадали и такие памятники мировой культуры, как Парфенон, Тадж-Махал в Индии, Колизей в Риме и Реймский собор во Франции. Что же случилось?

Человечество всегда радовалось благодатным каплям дождя. Однако сегодня в некоторых районах планеты дожди представляют серьезную опасность. Дело в том, что дожди , несущие кислотность, неблагоприятны и для всего живого. По данным литературы [ 5 ] в водоемах наблюдается зависимость жизнедеятельности гидробионтов пресных водоемов от величины кислотности среды:

- 5 -



Рис.1. Реакция обитателей водных экосистем на понижение значений ph в пресных водоемах




На растительность кислотные осадки влияют прямо и опосредованно. Прямое воздействие проявляется в том, что оксиды серы попадают через устьица в листья, в межклетниках соединяются с водой и производят химический ожог тканей листа. Происходит некроз (омертвение и пожелтение) листьев и их опадение. Опосредованное действие кислотных осадков проявляется в том, что под действием кислот минералы почвы, содержащие нерастворимые соединения алюминия, становятся растворимыми. Ионы алюминия токсичны для корневых волосков, они гибнут, нарушается процесс всасывания воды и минеральных солей, растение угнетается в росте и развитии.

На организмы животных и человека оксиды азота и серы оказывают общетоксичное и раздражающее действие [3]. При контакте NO₂ и SO₂ с влажной поверхностью легких происходит образование сернистой, азотистой и азотных кислот, которые поражают альвеолярную ткань, что может привести к отеку легких. В организме может также происходить образование солей этих кислот: нитратов и нитритов, которые вызывают значительные изменения в составе крови и негативно влияют на состояние сердечно-сосудистой системы. Кроме того, эти вещества способны стать причиной повышения частоты инфекционных заболеваний, болезней кожи и подкожной клетчатки, дыхательных путей, снижения иммунитета.


- 6 -

II. Материал и методика исследования


II.1. Измерение рh снега.


Для измерения ph снега мы использовали рекомендации Т.В.Дядюн [ 4 ]

Мы производили замер рh снега ежедневно в течение месяца с помощью универсальной индикаторной бумаги , а также для сравнения три раза набирали снег с разной глубины в трехлитровые банки и также измеряли рh снега и растаявшей воды универсальной индикаторной бумагой. Полученные данные фиксировали. Растаявший снег профильтровали.


II.2. Изучение состояние хвои сосны обыкновенной

Для изучения хвои сосны мы воспользовались методикой, предложенной Ашихминой Т.Я. [ 7 ].



Рис.2.Чувствительность различных растений к диоксиду серы(по Курберу и

И Дитману)



Рис. 3. Повреждение и усыхание хвои сосны: 1- хвоинки без пятен;2,3 – с черными и желтыми пятнами; 4-6 – хвоинки с усыханием (Ашихмина Т.Я.)


Мы внесли некоторые изменения в методику, связанные со сбором хвоинок: для наблюдений необходимо было брать 2-3х-трехлетние побеги, но мы решили не ломать веточки, а собрать те, что сбило ветром и изучить показатели методом случайной отборки. Используя лупу, мы посчитали число неповрежденных хвоинок, с желтыми пятнами, с черными пятнами, с повреждением кончиков хвоинок, с повреждением половинок хвоинок, с полным повреждением хвоинок. Хвоинки с разной степенью повреждения мы сфотографировали.


II.3. Моделирование «кислотных осадков».


Чтобы понять механизм действия кислотных осадков, некоторые авторы предлагают провести эксперимент [1, 6 ].Аршанский Е.Я. [ 1 ] предлагает сжечь серу (в ложечке для сжигания) в колбе. Колбу необходимо как можно быстрее закрыть. Когда дым заполнит

- 7 -

колбу, удалить ложечку и залить 10 мл дистиллированной воды, определить ph раствора. Проверить действие раствора на магниевую ленту, мрамор. Понаблюдать за происходящим не менее трех минут.

Нечитайлова Е.В. [6 ] предлагает в раствор сернистого газа поместить лист хлорофитума и оставить на сутки. Также 2 капли раствора капнуть :

на индикаторную бумагу, на кусочек мела, на мрамор, на магниевую стружку, на скорлупу куриного яйца, на кусочек пластмассы.

Мы изучили рекомендации авторов и составили следующую схему эксперимента:

1. Взвесили навеску серы полной ложечки – получилось 500 миллиграмм.

2. Сожгли серу в 500-мл колбе и получившийся газ залили 100г дистиллированной воды. Рассчитали концентрацию сернистого газа в колбе:

0,5г х г

S + O₂ = SO₂

32 64 Х = (0,5 64) : 32 = 1 мг

Получилась концентрация газа SO₂ = 1мг /500мл или 1 мг /0,5 л или 20 мг/л.или 20000мг/м³

( это в 10 тыс.раз выше ПДК SO₂, которая составляет до 2мг /м³

Поэтому мы приготовили сернистый газ, полученный из серы с массой вдвое меньше (получилась концентрация SO₂= 10 мг/л)

3. Поместили в разные колбы с этим раствором листья комнатных растений: бегонии, хлорофитума, пиперомии и наблюдали за изменениями 3 суток

4. В пробирки с этими растворами поместили магний, мел, известняк, соду, гипс, яичную скорлупу, пластик.

5. Все изменения с веществами регистрировали (визуальные наблюдения и фотографирование).

6. Сравнили состояние листьев комнатных растений в контрольной колбе (водопроводная вода) и в растворах сернистого газа при наблюдении в световой микроскоп (увеличение 8х10) и фотографировании цифровым фотоаппаратом Canon A480.


- 8 -

III. Результаты исследования


III.1. Измерение ph снега.


Измерение ph снега за месяц дало следующие результаты: ph колебалось между 5 и 6 при среднем значении 5,7. Это говорит о том, что кислотность снега не наблюдалась. В пробах снега, взятых в трехлитровые банки с разной глубины снежного покрова, на обочине дороги возле школы, ph также была в пределах нормы и равнялась 6.

После фильтрования снежной воды на фильтре осталось много пылевидного осадка. Это загрязнение снега возникло от автотранспорта.




Рис. 4. Фильтр с осадками от растаявшего снега


III.2. Изучение состояния хвои сосны обыкновенной.

Таблица 2

Результаты обследования хвои сосны обыкновенной

Тип повреждения хвои	Число побегов-хвоинок	Процент побегов-хвоинок
1. Неповрежденные	343	45%
2. С желтыми пятнами	130	17%
3. С черными пятнами	127	16%
4. Усохшие кончики	102	15%
5. Усохшие наполовину	23	3%
6. Усохшие полностью	33	4%

Рис.5. Фотографии типов повреждения хвои сосны обыкновенной.

- 9 -

Результаты обследования хвои сосны показывают, что процент повреждений небольшой. Поскольку кислотности атмосферы не наблюдается, то мы предположили, что повреждения вызваны естественными причинами: старение хвои и деятельностью насекомых -вредителей. Так, на тех хвоинках, где наблюдались черные пятна, мы заметили тела насекомых и липкость хвоинок:

Рис.6. Насекомое-вредитель на хвое сосны обыкновенной.


III.3.Результаты моделирования кислотных осадков


В опытах по созданию кислотных осадков мы воочию убедились, что при сгорании серы массой 250 мг и 500 мг образуется полная колба белого дыма ( сернистого газа), который через несколько минут растворяется в воде, создавая сильно кислотную среду с рн =2-3.

Эта величина в тысячи раз превышает устойчивость растений к сернистому газу. Поэтому все наши действия с его раствором являлись моделью для проверки предположения опасности кислотных осадков.


Опыты на комнатных растениях.


В качестве индикаторов мы взяли листья трех видов комнатных растений: мягкие листья бегонии (Begonia L.) , жесткие листья хлорофитума хохолкового (Chlorophytum comosum) и листья пеперомии (Peperomia), покрытые восковой кутикулой. Листья выдерживались три дня: контрольные – в водопроводной воде и испытание в растворах сернистого газа.

Во всех опытах листья в водопроводной воде практически не изменились, а в растворе сернистого газа мы наблюдали визуально: смену зеленой окраски на желто-зеленую, а под микроскопом (увеличение 10х8) – почти полное разрушение хлорофилла.

Листья бегонии

Листья пеперомии

Листья хлорофитума

Рис.7. Сравнение листьев, выдержанных в водопроводной воде и растворе сернистого газа.

- 10 -

Под микроскопом видны изменения - разрушение хлорофиллоносной ткани:

Контроль : водопроводная вода (бегония)

Опыт в растворе сернистого газа (бегония)

Рис.8. Сравнение поверхности листьев под микроскопом (увеличение 10х8)


Мы убедились, что аналогичная картина произошла и с жесткими листьями и с листьями с защитным восковым налетом.


Опыты на веществах.


Раствор сернистого газа (ph = 2 – 3) исследовался следующими веществами:

магнием, содой, известняком, мрамором, мелом, гипсом, яичной скорлупой, пластиком (полиэтилен).

Мы получили следующие результаты:

Таблица 3

Характер взаимодействия веществ с раствором сернистого газа

Вещество	Характер взаимодействия веществ с раствором сернистого газа
Магний	Активно растворяется
Карбонат натрия (сода)	Мгновенно идет «гашение» соды
Мел	Достаточно активно идет реакция
Известняк	Медленное растворение
Мрамор	Медленное растворение
Гипс	Очень медленная реакция
Яичная скорлупа	Медленное выделение пузырьков углекислого газа
Пластик (полиэтилен)	Нет реакции

Таким образом, раствор сернистого газа с ph = 2 -3 проявляет себя как кислота средней активности, способная разрушать активные металлы и карбонатные породы. Пластик оказался устойчивым к этому раствору, находясь в нем более двух недель.


-11 -

IV. Выводы:

1. В пробах снега ,взятых на разных участках поселения , показатель кислотности ph= 5,7 , что говорит о том, что кислотных осадков в изучаемом районе не наблюдалось;
   

2. Состояние хвои сосны обыкновенной на территории п.Синий Утес оценивается как приближенное к норме, это свидетельствует о том, что атмосфера не загрязнена кислотными осадками;
   

3. Кислотные осадки, полученные в эксперименте, оказывают негативное воздействие на листья комнатных растений : происходит нарушение покровной кутикулы и разрушение хлорофиллоносной ткани;
   

4. Под действием искусственных осадков разрушаются активные металлы и карбонатные породы
   

- 12 –


Литература

1. Аршанский Е.Я. О химическом эксперименте в гуманитарных классах/ Химия в школе, 2,2002, с 66.
   
2. Горбенко Н.В. Элективный курс «Химия и экология»/ Sub-107.narod 2.ru/JEkologiya/Laboratommye –raboty-
   
3. Душина Д., Ерюшкина Л.Е.,Ястребова О.Н. Изучение влияния техногенного воздействия на живые организмы/ Биология для школьника, 1, 2007 с 34 – 41.
   
4. Дядюн Т.В. Экологический практикум « Мир воздуха»/ Биология в школе, 5 – 2000, 7 – 2000, 1 – 2001.
   
5. Мамедов Н.М., Суравегина И.Т. Экология: Учебное пособие для 9-11 классов.- М., Школа- Пресс, 1996.
   
6. Нечитайлова Е.В. Как организовать проектную деятельность учащихся/ Химия в школе, 7, 2010.
   
7. Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие/ Под редакцией Ашихминой Т.Я.// Биоиндикация загрязненного воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной. М, Академический Проект,2006,с 104-105.