НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ РЕКИ ВОРОНЕЖ

Вишневский Максим

класс 10 «А», МБОУ СОШ № 3 им. К.А. Москаленко, г. Липецк

Благова Наталья Дмитриевна

научный руководитель, педагог высшей категории, преподаватель биологии, МБОУ СОШ № 3 им. К.А. Москаленко, г. Липецк

Аннотация

Вода — одно из самых распространенных веществ на Земле. Она покрывает большую часть земной поверхности.

В результате производственной деятельности человека изменяется состояние природной среды. Чтобы проследить влияние антропогенных источников загрязнения окружающей среды, исследователи проводят систематические наблюдения за изменением состояния биосферы.

Геофизический, биологический, экологический мониторинг включает наблюдение, оценку и прогноз состояния окружающей среды.

Ежегодный анализ проб на содержание катионов и ряда анионов позволит сделать выводы о состоянии природной среды и проследить за ее изменением. На мой взгляд, предлагаемые исследования не только дадут возможность людям задуматься над важностью экологических проблем, но и помогут осознать роль человека в их решении.

План исследования

Введение

1.  Химический анализ воды.

2.  Экологический мониторинг.

3.  Лабораторные исследования проб воды из реки Воронеж.

Выводы

Введение

Водная среда на сегодняшний день находится в опасности! В результате жизнедеятельности человека изменяется состояние воды в отрицательную сторону.

На нашей планете суша занимает около 1/3 поверхности, все остальное — вода. Объем воды на земле около 1,4 млрд. км², но более 97 % — это соленая вода морей и океанов. Доля же пресной воды составляет всего 36 млн. км² (причем 3/4 ее приходится на льды Арктики и Антарктиды). Все чаще можно слышать о нависшем над человечеством питьевом голоде. Тревогу вызывают и промышленные предприятия, потребляющие огромное количество воды, и загрязнение 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. 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. Воды Ирландского и Северного морей, Бискайского залива, восточной части Саргассова моря загрязнены пестицидами. Отравлены воды Балтийского и Черного морей: в ряде их прибрежных акваторий зарегистрировано повышенное содержание ртути и свинца. В Балтийском море идет интоксикация гидробионтов в связи с захоронениями биологического оружия.

На территории России расположено более 24 тыс. предприятий, выбрасывающих вредные вещества в водоемы. Качество основных крупных рек России оценивается как неудовлетворительное. Около 80 % сточных вод, сбрасываемых предприятиями в реки, не подвергается очистке. В воду попадают излишки удобрений с полей, вызывающих эвтрофикацию водоемов: изменяется химический состав воды, бурно разрастаются водоросли в озерах и водохранилищах, нарушается биологический круговорот веществ.

Целью моей работы было показать экологические изменения, происходящие в реке Воронеж, выявить причины этих изменений. Для этого мной была изучена научная литература и проведены опыты по мониторингу воды реки Воронеж.

Объектом моего исследования стала река Воронеж на территории от завода «Свободный Сокол» до Сокольского моста.

На мой взгляд, данная тема актуальна не только для жителей поселка «Свободный Сокол», но и для жителей центра города, т. к. это одно из самых красивых мест г. Липецка, куда приезжают отдохнуть. Вода — это ресурс, без которого человек не выживет.

Мной были поставлены некоторые задачи:

·     изучить что такое сукцессия;

·     исследовать сукцессионные изменения реки Воронеж;

·     изменение внешнего вида реки Воронеж;

·     изменение химического состава воды реки Воронеж;

·     сравнения и выводы.

Также мною были выдвинуты следующие гипотезы:

·     какие причины превращают реку в «лес»?

·     что такое сукцессия и сукцессионные изменения?

·     не это ли происходит с рекой?

1.  Химический анализ воды

По требованиям ГОСТа водоемов, на поверхности воды недопустимо присутствие плавающих пленок нефтепродуктов, масел, жиров и других примесей. Они препятствуют аэрации воды, тормозят процессы самоочищения, снижают интенсивность фотосинтеза. Пленки, покрывая жабры рыб, нарушают дыхание, способствуют развитию процессов анаэробного распада органических веществ. Продукты распада приводят к вторичному загрязнению водоема и нередко являются токсичными.

Определения степени загрязнения водоема по внешнему виду. Прозрачность и мутность воды определяются по ее способности пропускать видимый свет. Степень прозрачности воды зависит от наличия в ней взвешенных частиц минерального и органического происхождения. Вода со значительным содержанием органических и минеральных веществ становится мутной. Мутная вода плохо обеззараживается, в ней создаются благоприятные условия для сохранения и развития различных микроорганизмов, в том числе и патогенных.

Содержание взвешенных веществ не должно заметно увеличиваться после спуска сточных вод. Взвешенные вещества, уменьшая прозрачность воды, снижают интенсивность фотосинтеза; оседая на дне, препятствуют развитию бентоса, корневой системы растений и ведут к потере нерестилищ. Разложение данных отложений создает вторичные очаги загрязнения. При этом потребляется большое количество кислорода.

Прозрачность воды рек в зависимости от степени загрязнения по сезонам колеблется в пределах: зимой и осенью от 2 до 35 см, весной от 4 до 35, летом от 10 до 40 см.

Цвет воды зависит от наличия в ней примесей минерального и органического происхождения — гуминовых веществ, перегноя, которые вымываются из почвы и придают окраску воде от желтой до коричневой.

Окись железа окрашивает воду в желто-бурый и бурый цвета, глинистые примеси — в желтоватый цвет.

Зеленая окраска открытого водоема обусловливается размножением водорослей (цветением). Цвет воды может быть связан со сточными водами или органическими веществами (навоз, моча и т. п.).

Определить цвет воды в водоеме можно следующим образом: в пробирку из бесцветного стекла наливают 8—10 мг исследуемой воды и сравнивают с аналогичным столбиком дистиллированной воды. Цветность выражается в градусах.

В природных водах водородный показатель (рН) колеблется в пределах от 6,5 до 9,5. Норма от 6,5 до 8,5. Если рН воды водных объектов ниже 6,5 или выше 8,5, то это указывает на ее загрязнение сточными водами.

Наиболее кислыми из природных вод являются болотные, содержащие гуминовые вещества, а щелочными — подземные воды, богатые бикарбонатами. Вода, сильно загрязненная органическими веществами животного происхождения и продуктами гниения, обычно имеет щелочную реакцию (рН > 7), а вода, загрязненная стоками промышленных предприятий, — кислую (рН < 7).

Определить активную реакцию (рН) воды. Это можно сделать с помощью индикаторной бумаги. Бумагу смачивают исследуемой водой и цвет ее сравнивают со стандартной бумажной цветной индикаторной шкалой.

2.  Экологический мониторинг

Концентрация кислорода — показатель, на который реагируют биоиндикаторы. Чем загрязненнее водоем, тем меньше в нем растворенного кислорода. В водоемах с различным уровнем загрязнения обитают качественно отличающиеся друг от друга группы беспозвоночных гидробионтов. Выделяют три такие группы:

·личинки поденок, веснянок, веслокрылок, ручейников; двустворчатые моллюски (перловица, беззубка);

·бокоплав, катушки, лужанки, шаровки, горошинки, личинки стрекоз, комара-долгоножки;

·водяной ослик, олигохеты, трубочник, пиявки, прудовики, личинки комара-звонца (мотыль), личинки мошки «крыски», мокрецы.

Уровень загрязнения водоема можно определить по беспозвоночным ее обитателям, используя шкалу загрязнений по индикаторным таксонам.

Внешние признаки явного загрязнения воды: запах фенола, сероводорода, видимые пленки, скопления на поверхности воды лепешкообразных образований черного или сине-зеленого цвета, следы нефти, мазута на прибрежных камнях или растениях.

Индикатор неявных опасных загрязнений — прибрежные обрастания, располагающиеся на подводных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или буроватого оттенка. Для загрязненных водоемов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде органических веществ и повышенной общей солености обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При плохой очистке фекально-бытовых сточных вод обрастание приобретает белый или сероватый цвет.

Как правило, они хлопьевидные и состоят из прикрепленных инфузорий. Такие же по внешнему виду обрастания развиваются в зоне, загрязненной органическими веществами.

Их образуют нитчатые бактерии сферотилус. Стоки с избытком сернистых соединений могут сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий тиотрикс. Тиотрикс также развивается в присутствии сероводорода, образующегося при гниении белков.

Ядовитые стоки могут вызывать частичную или полную гибель организмов.

Полное отсутствие обрастаний ниже выпуска сточной воды указывает на сильное токсичное действие стоков, на ненормальную работу очистных сооружений или отсутствие их.

Наличие высшей (цветковой) водной растительности — рдестов, тростников, камышей и др. — также является индикатором загрязнения воды. Ядовитые стоки сильно угнетают растительность, а присутствие азота, фосфора, калия вызывает чрезмерное развитие ее.

Необходимо обратить внимание на животное население водоемов. Хроническое отравление ряда видов рыб (сазана, леща, язя) характеризуется взъерошенной чешуей с большим скоплением жидкости в ней. Заметно пучеглазие. Наблюдается аномалия в поведении рыб. В сильно загрязненных водоемах в зимний период происходят заморы рыб. Заморы бывают и в летнее время при сильном развитии сине-зеленых водорослей.

3.  Лабораторные исследования проб воды из реки Воронеж

Лабораторная работа 1. Определение технических показателей воды.

Цель работы: определить химическую характеристику воды.

Определение содержания СО₂.

Оборудование: коническая колба на 250 мл, бюретка на 25 мл. Реактивы: 0,1 молярный NаОН, индикатор, 1 %-ный раствор фенолфталеина.

Ход работы:

V=V(NаОН) = 6 мл (на титрование)

V₁(H₂О) = 10 мл.

С(NаОН) = 0,1 н

М(СО₂) = 44 г/моль

Определение содержания сульфидов в воде.

Реактивы: суспензия Nа₂SO₃ и ZnSO₄, 5 мл НСl, 25 мл I₂.

Ход работы:

а — объем прибавленного раствора I₂, мл

b — объем раствора Na₂S₂O₃, израсходованного на титрование I₂

16,03 — эквивалент иона

0,01 — нормальность титрующих растворов

Определение сухого остатка (солесодержание)

Оборудование и реактивы: стакан, воронка, фильтры, фарфоровая чашка, мерная колба на 500—1000 мл, щипцы, электроплитка, водяная баня.

Ход работы:

где: а — масса чашки с сухим остатком, г

а = 14,4 мг

b — масса пустой чашки, г

b = 14,25 г

y — объем анализированной воды, мл

y = 25 мл

Вывод: в ходе работы мы определили содержание СО₂, сульфидов в воде, а также сухой остаток.

Лабораторная работа № 2. Определение технических показателей воды.

Цель работы: определить химическую характеристику Н₂О.

Реактивы: раствор НСl 0,1 М, индикатор — метилоранж.

Оборудование: коническая колба на 250 мл (2 шт.), бюретка на 205 мл, цилиндр на 100 мл.

Окисляемость воды.

Реактивы: раствор КМnО₄ 0,002 М, щавелевая кислота 0,005 М.

Оборудование: конические колбы на 250 мл (2 шт.), бюретки градуированные.

V₁-V раствора КМnО₄

V₁ = 12,5 мл

V₂-V КМnО₄, идущий на окисление раствора щавелевой кислоты

V₂ = 9 мл

V₃-V исследуемой Н₂О

V₃ = 75 мл

C — концентрация КМnО₄

С = 0,002 моль/л.

Лабораторная работа №3. Определение сульфат-ионов в воде.

В исследуемую воду объемом 1000 мл добавляется ВаСl₂ до тех пор, пока осадок выпадает. Полученный осадок отделяется и взвешивается.

m _осадка (ВаSO₄) = 0,255 г

Ва²⁺ + SO₄^2- = ВаSO₄

х = 96•0,255/233 = 0,105 г

х = m(SO₄^2-)

Данные расчеты показывают, что в 1000 мл исследуемой воды содержится 105 мг сульфат-ионов.

Определение активной реакции (рН) воды.

Определим активную реакцию рН воды с помощью индикаторной бумаги, смочив ее исследуемой водой и сравнив ее цвет со стандартной бумажной цветной индикаторной шкалой.

Результат: рН = 8, следовательно, среда слабощелочная, но в норме, т. е. находится в пределах допустимой нормы рН. Присутствует незначительная часть загрязнения.

Выводы:

1.  Река изменяется внешне: зарастают берега и центр.

2.  Изменяется химический состав воды.

3.  Изменяется уровень воды в реке.

4.  Как следствие, уменьшается разнообразие животного и растительного мира.

Рекомендации:

Реку ещё можно спасти, если:

1.  Рассмотреть вопрос о целесообразности дальнейшего использования Матырского водохранилища.

2.  Провести очистку дна.

3.  Ввести штраф за свалку бытовых отходов по берегам реки.

4.  Ввести санкции для близлежащих предприятий за нанесение ущерба реке.

В итоге проведенного исследования мной было доказано наличие в воде сульфат-ионов, превышение жесткости воды, наличие углекислого газа и сухого остатка, превышающие норму (ПДК). Результаты работы показывают, что наличие данных веществ может привести к нарушению биобаланса в реке Воронеж, а, следовательно, к возможному сокращению живых организмов и серьезных сукцессионных изменений самой реки.

Список литературы:

1.Беляев Д.К. Общая биология 10—11 кл. 2003.

2.Жигарев И.А. Основы экологии: сборник задач, упражнений и практических работ, 2001.

3.Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П.. Экология. 9 кл. Издательский дом «Дрофа», 1995. Натали В.Ф. Зоология беспозвоночных. 1995.

4.Состояние и охрана окружающей среды Липецкой области в 2007 году: доклад. — Воронеж.

5.Чернова Н.М., Галушин В.М., Константинов В.М. Задачи, упражнения, лабораторные работы по основам экологии. 1999.

6.Чернова Н.М., Галушин В.М., Константинов В.М.. Основы экологии. 10—11 кл. Издательский дом «Дрофа», 1999.