Оборудование: таблица “Круговорот воды”, физическая карта мира, стеклянные стаканчики, предметное стекло, индикаторная бумага, спиртовка, пробы воды.
Эксперты - экологи: учащиеся, проводившие научно – исследовательскую работу по определению качества водопроводной и природной воды.
Характеристика воды на планете
Никого из нас не удивляет дождь или падающий снег, гладь плавно текущей реки или озера. Другое дело – огромные просторы морей и океанов, водопады, гигантские ледники, сползающие с заоблачных высот, струи гейзеров, подобно фонтанам бьющие из-под земли. От этих красот у любого захватит дух. Но редко кто задумывается над тем, откуда взялись моря или реки, дождь или снег, каковы свойства воды, предстающей в таком разнообразном виде. Вода – самая загадочная жидкость на Земле. Певцы древних степных народов издавна воспевали её, поэты посвящали ей удивительные строки. Даже о капле воды написано множество страниц. А ученые по сей день, как и сотни лет назад, не могут дать точного ответа на, казалось бы, несложный вопрос: что такое вода?
Французский писатель и летчик Антуан де Сент-Экзюпери ответил на этот вопрос так:
“Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь. Ты наполняешь нас невыразимой радостью… Ты – самое большое богатство на свете.
- Откуда взялась вода на нашей планете?
Ответ. Происхождение воды на Земле столь же неясно, как и происхождение самой нашей планеты. Есть несколько гипотез того, откуда взялась вода. В зависимости от ответа на этот вопрос ученые разделились на два лагеря – сторонников метеоритного и сторонников “горячего” происхождения Земли. Первые считают, что Земля вначале была большим холодным твердым метеоритом, вторые – что расплавленным огненным шаром. Сторонники метеоритного происхождения говорят, что вода в виде льдистой или снегоподобной массы входила в состав того самого метеорита, который стал прапрапрадедом Земли. Сторонники “горячего” происхождения утверждают, что вода выделялась, как пот, из разогретого глубинного вещества (магмы) Земли в процессе его охлаждения и отвердения (кристаллизации). Вода просочилась на поверхность и скапливалась в низинах – так постепенно образовывались моря и океаны. А потом, из-за того что Солнце неравномерно нагревало поверхность Земли, начался круговорот воды, появились реки и озера и т.д.
Ответ. Мировой океан, т.е. вода, окружающая материки и острова, занимает около 71 % земной поверхности.
Комментарий учителя. Вода – самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете. Основные физические и химические свойства воды – не правило, а исключение в природе, хотя бы в том смысле, сто в соответствии с положением кислорода в таблице Менделеева свойства воды должны быть совсем другие. Доказано, что вода состоит из водорода и кислорода. Казалось бы, и соединению этих элементов следует оставаться газом. Кстати, многие элементы, соединяясь с водородом, так и “поступают”. Например, его соединения с теллуром (Н2Те), селеном (Н2Sе), или серой (Н2S) при температуре свыше 0о С газообразны. А вода – жидкость! Все свойства воды уникальны, исключительны и аномальны. Поэтому из-за своих качеств это соединение наиболее благоприятно для жизни.
Вода – основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле – фотосинтезе. Вода присутствует на Земле не только в водоемах, но и в воздухе, и в почве, и во всех живых существах.
Ответ. Вода составляет 80 % массы клетки в молодом организме человека или животного и 60 % - в клетках старого. В клетках головного мозга ее 85 %, а в клетках развивающегося зародыша – 90 %. Если человек теряет 20 % воды, то наступает смерть. Правда, не во всех клетках человека содержание воды столь велико. Например, в клетках эмали зубов ее только 10 – 15 %. Много воды в клетках мякоти сочных плодов и листьях растений, но ее очень мало в клетках сухих семян или спорах растений и микроорганизмов, поэтому они могут храниться очень долго, пока опять не обводнятся в условиях, способствующих их прорастанию.
Комментарий учителя. В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней растворены различные газы и соли, находятся взвешенные твердые частички. В 1 л пресной воды может содержаться до 1 г солей. Чтобы доказать это проведем опыт.
Возьмем два чистых обезжиренных стекла. На одно нанесем несколько капель простой воды (взятой из природного источника), а на другое – дистиллированной (не содержит солей). Выпарим воду со стекол при помощи спиртовки и сравним их. На первом стекле образуется белый налет, который указывает на наличие солей. Чем он интенсивней, тем больше солей растворено в воде.
Комментарий учителя. Большая часть всей воды на нашей сосредоточена в морях и океанах. Запас пресной воды составляет всего 2 %. Большая часть пресных вод (85 %) сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Возобновление пресных вод происходит в результате круговорота воды.
Круговорот воды в биосфере
Комментарий учителя. С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, т.к. к простому явлению физического испарения (превращения воды в пар) добавились более сложные процессы, связанные с жизнедеятельностью живых организмов. К тому же роль человека по мере развития его деятельности становиться все более значительной в этом круговороте.
Учащейся выходит к доске и работает по схеме. Вода выпадает на поверхность Земли в виде осадков, образующихся из водяного пара атмосферы. Часть выпавших осадков испаряется с поверхности и возвращается в атмосферу в виде водяного пара. Другая часть воды проникает в почву, всасывается корнями растений, а затем пройдя через растения испаряется. Третья часть просачивается в глубокие слои подпочвы до водоупорных горизонтов, пополняя подземные воды. Четвертая часть в виде поверхностного, речного и подземного стока стекает в водоемы, откуда также испаряется атмосферу. Последняя часть используется животными и потребляется человеком для своих нужд. Вся испарившаяся и вернувшаяся в атмосферу вода конденсируется и вновь выпадает в качестве осадков.
Комментарий учителя. Итак, одним из основных путей круговорота воды, является ее испарение, после того как она поступая в почву всасывается корнями растений и проходит через растения.
Биологическое испарение, осуществляемое растениями для поддержания их жизнедеятельности, называется транспирацией.
Количество воды, выделяющееся в результате транспирации, зависит от вида растений, типа растительных сообществ, их биомассы, климатических факторов, времени года и других условий.
Интенсивность транспирации и масса испаряющейся при этом воды могут достигать весьма значительных величин. Например, у лесных сообществ (с мощной фитомассой и большой листовой поверхностью) транспирация в целом сравнима с испарением океана и нередко даже превышает его. В среднем для растительных сообществ умеренного климата транспирация составляет от 2000 до 6000 м3 воды в год.
Значение воды в жизни человека
Ответ. Человек пьет воду, использует в различных производствах, сельском хозяйстве, при производстве электроэнергии. Сейчас многие страны мира испытывают недостаток пресной воды, для ее получения приходится строить специальные заводы, очистные сооружения.
Комментарий учителя. Вода, такое привычное вещество обладает совершенно удивительными свойствами. Только благодаря этим свойствам воды стала возможна жизнь на Земле. При поиске жизни на других планетах один из важнейших вопросов – есть ли там достаточное количество воды. Уникальное значение воды для биологических систем обусловлено количественным содержанием ее в живых организмах. Вода участвует в регуляции температуры тела человека и поддержании кислотно-щелочного равновесия, кроме того, вода участвует во всех протекающих в организме химических реакциях.
Факторы, определяющие качество воды
1) температура. 2) рН (кислотность). 3) минеральный состав. 4) взвешенные частицы. 5) плавающие примеси. 6) запаха, привкусы. 7) окраска. 8) растворенный кислород. 9) БПК (биологическое потребление кислорода). 10) возбудители заболеваний. 11) токсические вещества.Загрязнение природных вод
Комментарий учителя. Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.
Основные источники загрязнения:
- Нефть и нефтепродукты
- Тяжелые металлы (ртуть, свинец, цинк, кадмий, марганец, медь и др.)
- Радиоактивные элементы
- Ядохимикаты
- Стоки животноводческих ферм
Сообщение 1-го учащегося:
Тревогу мирового сообщества вызывает загрязнения мирового океана. Ежегодно в тихий океан попадает более 9 млн т отходов, в Атлантический – более 30 млн т. В Мировой океан ежегодно поступает 13 – 14 млн т нефтепродуктов. Одна капля нефти покрывает 20 м2 поверхности; по данным космической съемки, около 30 % поверхности мирового океана покрыто нефтяной пленкой.
Воды загрязняются не только нефтепродуктами. Балтийское, Северное и Ирландское моря сильно загрязнены моющими средствами. Отравлены воды Балтийского, Северного и Черного морей в ряде прибрежных акваторий, там зарегистрировано повышенное содержание ртути и свинца.
Сообщение 2-го учащегося:
На территории России 24 тыс. предприятий выбрасывают вредные вещества в водоемы. Качество воды основных крупных рек России оценивается как неудовлетворительное. Это связано с неудовлетворительной работой очистных сооружений из-за технической отсталости и малой мощности либо с их отсутствием. Около 80 % сточных вод, сбрасываемых предприятиями в реки, не подвергается очистке. В воду попадают излишки удобрений с полей, вызывающие эвтрофикацию водоемов: изменяется химический состав воды, бурно разрастаются водоросли, нарушается биологический круговорот веществ.
Ответ. к числу наиболее чистых водоемов не только в России, но и на Земле относится знаменитый Байкал – огромное сибирское озеро, содержащие 1/5 часть всех мировых запасов поверхностных пресных вод. Он существует более 20 млн. лет и сохраняет очень низкий уровень минерализации. Одна из самых чистых рек, отличающихся высокой прозрачностью воды – Ангара. Она берет начало в Байкале и течет на значительном протяжении по каменному ложу.
Загрязнение воды на территории Норильского промышленного района
Сообщение эксперта – эколога:
Озера, которыми еще совсем недавно славился Таймыр, сейчас нуждаются в защите. Сточные выбросы в реки погубили их обитателей, а некоторые озера просто превратились в резервуар для промышленных отходов. В ужасном состоянии находятся реки Купец, Наледная, а река Щучья стала канализационным стоком АО “Норильская горная компания”. Даже были проекты Щучью закрыть и в устье, на выходе построить очистные сооружения.
В озере Пясино сконцентрирована в виде осадков вся таблица Менделеева.
Потребление воды Норильским промышленным районом (НПР) достигло в настоящее время огромных размеров, но с потреблением растет и количество сточных вод. Теплые сточные воды от предприятий теплоэнергетики меняют температурный режим в тех водоемах, куда они сливаются.
Комментарий учителя. Но больше всего волнует жителей НПР, какую воду мы пьем, и откуда она берется. В Норильск вода поступает из реки Норильской Ергландского месторождения подземных вод, Талнах питается водой из Талнахского подземного водозабора и реки Норилки.
Из–за техногенного загрязнения фтором, бором, тяжелыми металлами ухудшается санитарное состояние и подземных источников водоснабжения. Естественно, загрязнение природных вод самым непосредственным образом влияет на качество питьевой воды идущей в наши квартиры.
Можно ли пить воду из под крана? Чтобы ответить на этот вопрос мы выслушаем сообщение наших исследователей, которые провели научную работу по определению качества питьевых источников Норильского промышленного района.
Сообщение экспертов – экологов:
1-й эксперт: Для анализа питьевых источников были выбраны – водопроводная вода, взятая в квартире г. Норильска (проба № 2) , водопроводная вода, взятая в школе, расположенной в ж/м Оганер (проба № 3), негазированная природная столовая и вода “Северное сияние”, добываемая с Артезианских скважин и проходящая все стадии многоступенчатой очистки, и дополнительного очищения бактерицидной ультрафиолетовой лампы (проба № 4). В качестве контрольной пробы взята дистиллированная вода, не содержащая ионы (проба № 1).
Результаты исследования
Первичная оценка качества воды проводилась определением ее органолептических характеристик. Органолептические характеристики воды определяются с помощью органов зрения (мутность, цветность) и обоняния (запах). Неудовлетворительные органолептические характеристики косвенно свидетельствуют о загрязнении воды. Кислотность воды определялась значением водородного показателя (рН), который для природных вод обычно имеет значение 6,5 – 8,5.
Качество воды в значительной степени определяется концентрацией растворенных в ней минеральных солей. Наличие растворенных в воде минеральных солей определяли методами аналитической химии.
В результате проведенных исследований были выявлены неудовлетворительные органолептические характеристика водопроводной воды г. Норильска и Оганера. Интенсивность запаха в пробах №2 и №3 была четко выражена, легко замечалась и вызвала неодобрительный отзыв. По характеру запах в пробе №2 был хлорным, а в пробе №3 улавливались продукты коррозии труб. Не вызывала и одобрительных результатов цветность водопроводной воды (слабо желтоватая и слабо бурая соответственно), а также мутность (слабо мутная) и вкус (привкус хлора и привкус металла). Реакция среды (рН) во всех пробах была нейтральной – 6,5.
2-й эксперт: В определении минерального состава выявлено наличие солей во всех исследуемых пробах. Также было определено (качественно) наличие в пробе №2, №3 и №4 ионов Fe3+, Сl-, SO42-, СО32-. В водопроводной воде г. Норильска и Оганера (проба №2, №3) содержание хлорид-ионов оказалось более интенсивным, т.к. реакция дала сильное помутнение. Анализ на присутствие в исследуемой воде одного из загрязняющих веществ фосфат-ионов показал наличие его в пробах №2 и №3. Это свидетельствуют о наличии фосфатов в водопроводной воде, а это, в свою очередь, означает присутствие загрязняющих веществ. Значит, употреблять данную воду в виде питья не рекомендуется.
Исследование природной столовой воды “Северное сияние”, дало только положительные органолептические характеристики и отсутствие загрязняющих веществ, что было подтверждено затем сертификатом качества и гигиеническим заключением этой питьевой воды.
Проведя исследования водопроводной воды и сравнивая ее с альтернативным питьевым источником, каким является природная столовая вода “Северное сияние” мы пришли к следующим выводам:
Водопроводная вода г. Норильска и ж/к Оганер, где располагается школа по своим органолептическим показателям, а так же наличию различных ионов, в том числе, и загрязняющих, не соответствует качеству, а значит, не может быть использована в виде питьевой.
Альтернативой водопроводной водой может служить питьевая природная вода, добываемая с артезианских скважин и проходящая все стадии многоступенчатой очистки, а также дополнительного очищения бактерицидной ультрафиолетовой лампы.
Учебник Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник “Экология. 10-11 класс”, “Дрофа”, 2000
П. 5.4.