Исследовательская работа "Оценка загрязнённости окружающей среды района Ясенево города Москвы по снежному покрову"

Введение

Актуальность. Любая достаточно крупная экономическая агломерация в наши дни - точка притяжения для людей. Доступность транспортных и информационных услуг в этих промышленных центрах привлекательна. Однако, одновременно с благами производства часто приходится взаимодействовать и с другими последствиями развитой инженерии, в особенности - с загрязнёнными воздушными массами, крайне негативно влияющими на наше здоровье.

Большой вред окружающей среде наносят источники газообразных выбросов (промышленные предприятия, транспорт, пожары). «Благодаря» им в атмосфере могут оказаться вредные вещества: оксиды серы, азота и углерода, сероводород. Эти вещества поглощаются атмосферными осадками, которые выпадают на землю в виде «кислотных» дождей или снега. [6]

Атмосферная влага может улавливать различные выбросы. Поэтому зимой по снегу мы можем изучить степень загрязнения окружающей среды на любой территории города. Снег, проходящий через приземный воздушный слой, накапливает в себе огромное количество поллютантов и адсорбирует из атмосферы вредные вещества. [1] Этот снег может быть использован в качестве инструмента для глубокого анализа того, чем дышит каждый из нас. Это позволит обратить больше внимания на взаимодействие человека с окружающей средой и на последствия, которые оно вызывает. Снег доступен и информативен, удобный индикатор загрязнения природной среды. По результатам исследования можно дать оценку не только экологического состояния снега, но и талой воды, которая попадает в почву, в грунтовые воды и в реки.

Презентация

Цель: оценить загрязнённость окружающей среды района Ясенево города Москва по снежному покрову.

Задачи:

• Проанализировать литературу и сделать вывод о возможности оценки состояния окружающей среды по снежному покрову.
• Отобрать пробы снега в разных точках района Ясенево и провести исследование талой воды.
• Провести качественный анализ талой, кипячёной и минеральной воды на содержание хлоридов, сульфатов и ионов меди (II).
• Сделать выводы относительно полученных результатов.

Гипотезы:

• Степень загрязнённости снега будет зависит от места отбора проб: в точках с высокой антропогенной нагрузкой загрязнённость будет выше.
• Экологическое состояние микрорайона Ясенево можно оценить как благополучное.

Объект исследования: снежный покров на территории московского района Ясенево.

Предмет исследования: качество талой воды по химическим и органолептическим показателям.

Литературный обзор

Снежный покров представляет собой покров из слоя снега на поверхности земли, возникающий в результате снегопадов. Его уникальность проявляется в различии между временным, который растает в течение нескольких часов или дней после формирования, и устойчивым, протяженным на всю зиму или с небольшими перерывами. Твердые осадки, сохраняющиеся при отрицательных температурах воздуха, являются источником снежного покрова. [4]

Уникальность снежного покрова также проявляется в ветровом переносе снега, который создает резкую неравномерность в его отложении, особенно в горных регионах. Снег обладает низкой плотностью, которая увеличивается со временем, особенно весной с появлением жидкой воды. Обычно плотность снега не превышает 500 кг/м³.

Отражательная способность снежного покрова изменяется от 80-90% у свежевыпавшего снега до 30-40% у старого, тающего снега. Зимой воздух над снегом сильно охлаждается, и весной большое количество тепла тратится на таяние снежного покрова. Талые воды играют значительную роль в речном стоке на Земле. [1]

Снежный покров оказывает влияние на различные аспекты, такие как климат, рельеф, гидрологические и почвообразовательные процессы, а также на жизнь растений и животных. Он служит защитой почвы от глубокого промерзания, сохраняет озимые посевы, а также адсорбирует атмосферную пыль и охлаждает приземные слои воздуха. Снег также становится индикатором чистоты воздуха, поскольку вещества, поступающие в атмосферу, накапливаются в снежном покрове. [3]

Описание района исследования - район Ясенево

Анализы качества осадков производились в районе Ясенево, где отсутствуют крупные промышленные предприятия, а большую часть территории занимает Битцевский лес - крупная ООПТ.

Район Ясенево, расположенный в Юго-Западном административном округе Москвы, это уникальный район с характеристиками, отличающимися от соседних территорий. Этот спальный район, лишённый крупных промышленных предприятий, выделяется своей уникальной географической средой. [7]

Окруженный Битцевским лесом с трех сторон, Ясенево сохраняет свою изолированность от застройки соседних районов, что создает уникальный микроклимат. Промышленно-складская зона на западе и просторы Тёплого Стана на востоке оказывают влияние на разнообразие окружающей среды.

Площадь района составляет 25,4 км², включая 6,4 км² жилой застройки и 1,7 км² промышленной зоны. Остальная территория занимается Битцевским лесом, создавая уникальное сочетание жилых и природных пространств. Само жилое пространство в районе составляет почти 3 млн.м².

Ясенево выделяется не только своей географией, но и экологической чистотой. Благоприятные условия природной среды вносят свой вклад в создание одного из самых экологически чистых районов Москвы.

Транспортная инфраструктура района включает в себя Новоясеневский проспект и трассу Ясногорская/Тарусская улицы, обеспечивая удобные пути сообщения внутри и вне района. Однако, несмотря на отсутствие выхода на загородные шоссе, с развитием соседних Бутово Ясенево стало пунктом транзитного движения, что потребовало адаптации дорожной инфраструктуры к новым потокам транспорта. [7]

Материалы и методы исследования

2.1 Особенности выполнения анализа органолептическими методами

Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе и может быть проведена быстро и без каких-либо приборов. При выполнении анализа были определены такие показатели, как вкус, цвет, запах, степень мутности. [6]

Цветность - естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа. Если окраска воды не соответствует обычным природным показателям, то определяется высота столба, при котором визуально обнаруживается окраска. Удовлетворительная цветность устраняет необходимость определения загрязнителей, ПДК которых установлены по цветности. [6]

Мутность воды обусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных примесей - нерастворимых, коллоидных частиц, наличием осадка, грубодисперсных примесей. Описывается визуальным методом по степени мутности столба в 10 - 12 см в мутномерной пробирке. Выделяют прозрачную, слабо опалесцирующую, опалесцирующую, слабо мутную, мутную категории. [6]

Запах обусловлен наличием в ней пахнущих летучих веществ, которые попадают в воду естественным путем либо со сточными водами. Запах определялся при температуре воды, равной 20оС и 60оС. Запах разделяют на две группы в соответствии с происхождением: естественного и техногенного. [6]

Оценку вкуса воды проводят у питьевой природной воды при отсутствии подозрений на её загрязнённость. Различают солёный, кислый, горький, сладкий вкусы. Остальные вкусовые ощущения относятся к привкусам. Вкус и привкус определяют в сырой воде, за исключением воды из открытых водоемов и источников, сомнительных в санитарном отношении. Интенсивность вкуса и привкуса оценивается по 5-балльной шкале. [5]

2.2 Определение точек взятия проб

Для сбора снега были выбраны точки с разной антропогенной нагрузкой (см. рис. 1):

• Точка около Битцевского лесопарка,
• Точка окрестностей МКАДа,
• Точка на территории 1-го корпуса школы № 1212,
• Точка на входе в метрополитен.

Экспериментальная часть

3.1 Методика отбора проб снега

При отборе проб снежного покрова необходимо руководствоваться следующими нормативными документами:

ГОСТ 17.1.5.05-85. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков; [2]
1. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве (Ревич, Сает и др., 1990).
2. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89 (действует с 01.07.1991). - М.: Госкомгидромет, 1991.

В идеале отбор проб снежного покрова производится в период его максимального накопления, незадолго до периода снеготаяния (конец февраля - март) на открытых местах, на расстоянии не менее 500м от ближайшего источника антропогенного воздействия (в лесу - на больших полянах). Но поскольку я был ограничен временем проведения исследования, то отбор проб был проведён в начале январе, на тот момент в Москве уже больше месяца шёл обильный снег.

Отбор проб был произведён на участке 5×5 м методом «конверта»; пробы отбирались на всю глубину снежного покрова: понемногу с каждой глубины, при этом с поверхности удалялся мусор (листья, ветки и др.) и исключалось попадание в образец частиц почвы.

3.2 Анализ талой воды на химические и другие показатели с помощью наборов тестов для воды НИЛПА PRO Plus

Снег был помещён в тёплое помещение, где он растаял до состояния воды. После этого проводился анализ талой воды на следующие показатели: Cu²⁺, Fе³⁺, NO₂, NO₃^-, PO₄^3-, pH.

Интенсивность окраски - мера концентрации анализируемого вещества. При выполнении анализа визуально-колориметрическим методом определение проводилось в пробирках с меткой «5 мл», в вертикальном слое жидкости в соответствии с печатной контрольной шкалой.

Химические анализы проводились с помощью наборов тестов для воды НИЛПА PRO Plus (рис. 2). Анализ каждого показателя проводился по инструкции к набору с добавлением реактивов, которые содержались в наборе (рис. 3).

За результат анализа при визуальном колориметрировании принято то значение концентрации компонента, которое имеет ближайший по окраске образец контрольной шкалы.

3.3 Качественный анализ талой, кипяченой и минеральной негазированной воды на содержание ионов Cl ^-, SО₄^2-, Cu²⁺

.3.1 В пробирку налили 1 мл 5%-го раствора хлорида натрия, по каплям добавили 5%-ый раствор нитрата серебра (I) до видимого образования осадка белого цвета (рис. 4):

NaCl +AgNO₃ → NaNO₃ + AgCl↓

3.3.2 В пробирку налили 1 мл 5%-го раствора нитрата бария, по каплям добавили 5%-ый раствор серной кислоты до видимого образования осадка белого цвета (рис. 5):

Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ → 2HNO₃ + BaSO₄↓

3.3.3 В пробирку налили 1 мл 5%-го раствора сульфата меди (II), по каплям добавили 5%-ый раствор гидроксида натрия до видимого образования осадка голубого цвета (рис. 6):

CuSO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + Cu(OH)₂↓

Результаты и их обсуждение

В результате отбора проб были получены следующие результаты по качеству талой воды:

Таблица 1. Результаты органолептического анализа талой воды

	Цветность	Мутность	Запах
Лесопарк	Светл., слаб.	Прозрачная	Без запаха
МКАД	Темн., сильн.	Мутная	Без запаха
Школа	Светл., сильн.	Слабо опал.	Без запаха
Метро	Темн., слаб.	Слабо мутная	Без запаха

Таблица 2. Результаты химического анализа (мг/л)

	Cu2+	Fe3+	NO2	NO3-	PO43-	pH
Лесопарк	0,0	0,1	0,2	10	0,0	6
МКАД	0,25	0,3	3	40	0,25	8
Школа	0,0	0,1	0,4	15	0,0	6,5
Метро	0,1	0,2	0,7	25	0,25	7,5

Таблица 3. Результаты качественного эксперимента по обнаружению хлоридов, сульфатов и ионов меди (II) в образцах воды

Пробы воды	Cl-	SO42-	Cu2+
Кипяченая	+	-	_
Минеральная негазированная	_	_	_
Талая (образец школа)	_	_	_

Полученные результаты полностью согласуются с гипотезой о зависимости от антропогенной нагрузки: пробы, взятые у МКАД и входа в метро, в местах оживлённого движения транспорта, в сравнении с пробами у Битцевского лесопарка и школы показали существенные различия в количестве поллютантов. Особое внимание привлекает разница концентрации NO₂, NO^3-.

Выводы

1. Проанализировав литературные источники, было выяснено, что при правильном отборе проб и проведении химического анализа снега, можно определить качество окружающей среды. Снег выступает интегральным показателем загрязнённости среды.
2. Был произведён отбор проб из 4 точек в районе Ясенево и оценена загрязнённость талой воды с помощью химической лаборатории.
3. Пробы, взятые на территории Лесопарка загрязнены в меньшей степени из-за малой антропогенной нагрузки. Пробы, взятые у МКАД, демонстрируют высокий уровень загрязнения, связанный с выбросами автотранспорта на этой территории, высокой антропогенной нагрузкой. Пробы у школы показали средние результаты, а у метро - повышенные.
4. Качественный анализ показал наличие ионов хлора в кипячёной воде и отсутствие хлоридов, сульфатов и ионов меди (II) в образцах талой и минеральной воды

Гипотеза 1: степень загрязнённости снега будет зависит от места отбора проб: в точках с высокой антропогенной нагрузкой загрязнённость будет выше - была подтверждена.

Гипотеза 2: экологическое состояние микрорайона Ясенево можно оценить как благополучное - была подтверждена.

Экспериментальным путём я показал, что между антропогенной нагрузкой на территорию, загрязнённостью воздуха и снега есть связь.

Перспектива дальнейших исследований: влияние талой воды из загрязнённого снега на всхожесть, рост и развитие семян различных растений.

Cписок литературы

1. Василенко В.Н., Назаров И.Н., Фридман Ш.Б. Мониторинг загрязнения снежного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
2. ГОСТ 17.1.5.05-85. Общие требования к отбору проб.
3. Грачева И.В., Зарина Л.М., Нестеров Е.М. Геоэкология снегового покрова урбанизированных территорий // Вестник МАНЭБ. Научно-технический журнал. - Т.15. - № 5. - 2011. - С. 29-42.