(Приложение 1 «Виды осадков»).

Элективный курс «Я и мир вокруг меня»
Определение
токсичности осадков
в городе
Райчихинске
методом
биоиндикации
Выполнила:
Гретченко Алина
Ученица 9А класса
МОУ Гимназии № 8
Руководитель:
Касьянова Ирина Геннадьевна
Г. Райчихинск
2010
1
Содержание
Введение
I.
Основная часть
I.1. Материал исследования
I.1. Виды осадков
I.2. Снег как разновидность осадков
I.2. Методика исследования
II. Результаты исследования
III. Выводы
IV. Приложения.
2
Введение
Дождь и снег, роса, изморозь и град – явления в атмосфере, связанные
с водой, - были глубоко не безразличны человеку уже с тех времен, когда
убежищем ему служила пещера. И в наши дни фермер, инженер и
отдыхающий приглядываются к небу или изучают прогноз погоды – каждый
по своей причине.
Много тысяч лет тому назад людей интересовал просто сам акт
появления гидрометеоров, за исключение разве что случаев необычайно
интенсивных осадков и их последствий. И до сих пор многие из нас
интересуются гидрометеорами только с этой точки зрения.
Роль снега в жизни живых организмов и всей экосистемы нельзя
недооценивать. Изучение снега даёт учащимся не только много новых
полезных сведений, навыков, но и становится просто увлекательным делом.
Снег в разных условиях среды различаются по своей кислотности и
токсичности. В г. Райчихинске эти условия различны: в центре города 4
котельных, в северо-западной части находится крупная зеленая зона – парк
Дружба, в п. Зельвино нет промышленных предприятий и преобладают
частные дома.
Биоиндикация
как метод помогает определить токсичность (
компоненты) снега.
Поэтому Цель нашей работы: определить «качество» осадков (снега),
выпадающих в городе Райчихинске.
Цель предполагает решение следующих Задач:
1. Определить токсичность осадков, собранных на разных участках
города;
2. Выявить наиболее загрязнённые территории г. Райчихинска
3
I. Основная часть
I.1. Материал исследования
I.1. 1. Виды осадков
Осадки атмосферные – вода в капельножидком или твердом состоянии,
выпадающая из облаков на земную (или водную) поверхность или
осаждающая на ней непосредственно из воздуха вследствие конденсации
водяного пара. Осадки из облаков выпадают в виде дождя, снега, крупы и
града. (Приложение 1 «Виды осадков»). Встречаются также осадки в виде
мокрого снега, образующегося при неполном таянии снега, и в виде ледяного
дождя, возникающего в результате замерзания капель дождя, возникающего
в результате замерзания капель дождя при их падении через слой воздуха с
отрицательной температурой. К осадки, образующимся на поверхности
земли и на предметах, относятся: гололед, иней, роса, налет,, жидкий и
твердый.
По характеру выпадения осадки из облаков разделяют на 3 типа:
1)
Обложные – выпадают из слоисто-дождевых и высокослоистых
облаков в виде капель дождя среднего размера (преобладающий радиус 0,31,0 мм) или снега, бывают обычно продолжительными.
2)
Ливневые – выпадают обычно из кучево-дождевых облаков в
виде крупных капель дождя (преобладающий радиус 0,5-2,0 мм) или
крупных хлопьев снега, а также в виде крупы и града, часто отличаются
большой интенсивностью, начинаются и заканчиваются внезапно, длятся
недолго, но нередко возобновляются повторы.
3)
Моросящие – выпадают из слоистых облаков, иногда из тумана,
состоят из очень мелких дождевых капель (преобладающий радиус меньше
0,3 мм) или мельчайших снежинок; интенсивность их очень мала.
Осадки являются одним из важнейших элементов погоды и климата;
они имеют существенное значение для многих отраслей народного
хозяйства, в особенности для с. х-ва. Попадая в почву, осадки создают в ней
запасы влаги, необходимые для роста и развития растений; недостаточное их
количество при малых запасах почвенной влаги может вызвать засуху почв.
Образование осадки связано со сгущением водяного пара на ядрах
конденсации при поднятии и охлаждении влажного воздуха и с дельнейшим
укреплением образовавшихся воды путем их слияния друг с другом. Осадки
могут выпадать из облаков любого строения (жидких, кристаллических и
смешанных) при достаточно длительном их вертикальном развитии. В
смешанных облаках, состоящие из капель и кристаллов, важное значение для
образования осадки имеет перегонка водяного пара с капель на кристаллы,
происходящая следствие того, что при отрицательной температуре воздуха
4
упругость насыщенного водяного пара над льдом меньше, чем над водой.
Важное значение для роста снежинок имеет замерзание на их поверхности
переохлажденных облачных капель. Обильное столкновение капель
снежинок играет существенную роль в образовании снежной и ледяной
крупы и града. При небольшом размере облачных капель они намерзают на
снежинки в виде ледяных шариков, образуя рыхлую непрозрачную массу.
Крупные облачные капли столкновения с ледяной частицей растекаются по
ее поверхности, замерзают и образуют слои сплошного льда.
Дождь и снег - температура воздуха в облаках определяет способ
формирования дождя и снега. В таких областях, как, например, тропинки, где
температура облаков, как правило, выше точки замерзания (0С), дождь
образуется в результате процесса, именуемого коалесценцией. Облака
состоят из миллионов мельчайших водяных капель, которые, сталкиваясь,
объединяются в более крупные капли.
Постепенно размеры капель увеличиваются, наконец, они становятся,
слишком, тяжелыми, чтобы потоки воздуха могли удерживать их в облаке, и
падают на землю в виде дождя.
В более холодных областях облака могут формироваться в воздухе, где
температура ниже точки замерзания. Такое облако представляет собой смесь
водяных капелек, образующих его нижнюю часть, и кристалликов льда
наряду с особыми сверх охлажденными водяными капельками в верхней
части. Эти капельки существуют в виде жидкости даже при температуре
ниже точки замерзания.
Наряду с процессом коалесценции, протекающим в нижней части
облака, на большой высоте имеет место процесс сублимации. Кристаллы
растут и слипаются, образуя снежники. Когда снежники становятся
слишком тяжелыми, они падают на землю.
Если при этом температура воздуха у поверхности оказывается ниже
точки замерзания, на землю выпадает снег, если же температура внизу выше,
то снежники тают на лету и превращаются в дождь. Ну, а мокрый снег
является смесью снежинок и дождевых капель.
Ледяной дождь – ледяной дождь образуется в том случае, когда теплая
воздушная масса располагается выше слоя с отрицательной температурой,
через которой вынуждены пролетать капли дождя. В этом случае капли
могут замерзнуть, не успев долететь до земной поверхности. В местах
своего заражения частицы ледяного дождя имеют примерно одинаковые
размеры, но во время падения эти размеры быстро меняются. На падающих
каплях конденсируется водяной пар, многие из них сливаются друг с другом
и достигают диаметром 0,1 см. По мере дальнейшего поступления водяной
пар образуется ледяные кристаллы. Эти гидрометеоры образуют плотные
слои высоко – слоистых облаков. Переохлажденные дождевые капли,
ударяясь о земную поверхность, часто образуют гололед.
Морось – морось представляет собой медленно падающие капли
диаметром менее 0,05 см., которые иногда кажутся неподвижно висящими в
воздуха. Морось образуется в низких слоистых облаков. Такие облака
5
характеризуются высокой влажностью возле основания, которое может даже
располагаться непосредственно у земной поверхности, как это бывает при
тумане.
Если морось соприкасается с сильно охлажденной поверхностью земли
или наземных предметов, то капли могут замерзнуть. Замерзшая морось
образует на земной поверхности гололед, представляющий большую
опасность для пешеходов и транспорта.
Иней – образуется при понижении температуры поверхности ниже
точки замерзания. Он состоит из крохотных кристалликов льда. Некоторые
из них являются замерзшей росой, другие образуются, когда водяной пар
непосредственно превращается в лед при контакте с очень холодной
поверхностью. Это происходит без промежуточной стадии конденсации
водяного пара в капельки воды (росы).
Роса - Роса образуется
тогда, когда воздух, непосредственно
контактирующий с холодной поверхностью, охлаждается до точки росы.
Тогда на этой поверхности конденсируется водяной пар в виде капель росы.
Роса всегда образуется там, где туман, однако она может выпасть и в ясную
ночь, когда температуру воздуха, соприкасающегося с землей, достигает
точки росы, а воздуха, находящегося чуть выше, еще нет.
Дымка и туман – Дымка и туман представляют собой своего рода
«приземные облака», состоящие из мельчайших капелек воды. Подобно
облакам, они образуются при конденсации водяного пара в воздухе, когда
его температура становится ниже точки росы. Когда воздух остывает на
значительной высоте, из содержащейся в не влаги формируются облака, а
когда
глубокая толща воздуха охлаждается
у самой поверхности,
получается туман. Когда же теплый и влажный воздух остывает над
поверхностью холодного моря, образуются морской туман.
Различие между дымкой и туманом определяется их плотностью. От нее
зависит и видимость, то есть, как далеко можно ясно увидеть объекты перед
собой. Туман обладает большей плотностью, поэтому видимость в нем хуже,
чем в дымке.
Ледяная пыль – это мельчайшие ледяные кристаллики диаметром 0,5 –
1 мм.(иногда до 2-5мм), выпадающие при сильном морозе и ясном небе в
любое время суток. Самые мелкие кристаллики, блистая в лучах солнца или
ярком свете фонаря плавают в воздухе и медленно оседают. Более крупные
опускаются довольно быстро, и в воздухе словно протягиваются длинные
сверкающие линии, похожие на искрящийся ливень, как бы падающий с
солнечного диска. Ледяная пыль не нарушает видимости, а возле
источников света (солнце, луна, фонарь) создаёт различные оптические
эффекты, напоминающие гало: сверкающие столбы и круги, иногда ложные
солнца.
Град – мелкие ледяные шарики, диаметр которых лежит в пределах от
диаметра дождевых капель до 5 см и более. Град возникает в кучеводождевых облаках. Размер градины показывает, что она состоит из
нескольких концентрических слоев льда. Процесс роста градины обычно
6
начинается со стадии образования небольшой ледяной крупинки.
Концентрические слои градины состоят из чередующихся прослоек льда и
плотного снега.
I.1. 2. Снег как разновидность осадков
Снежинка – это мельчайший ледяной кристалл. Ее образования
начинается с ростом кристалла-зародыша, а форма зависит от того, какие
грани этого кристалла растут быстрее. Если увеличиваются боковые грани,
то снежинка, как правило, становится пластинчатой, а если увеличиваются
основания первичного кристалла - призматической. При температуре от 0 до
-4 С преобладают пластинки; от -4 до – 10 С – призмы, спирали и иглы; от 10 до 20 С – толстые, как правило шести угольные пластинки и дендриты (от
греч. «дендрон» - «дерево»; они представляют собой сросшиеся кристаллы,
которые похожи на ветвящиеся кроны деревьев), а от – 20 до – 35 С – полые
внутри столбики.
I.1. 2. 1.Рождение снега
Снег выпадает поздней осенью, зимой или весной. Однако, пролетая на
вертолете под облаками, можно и в разгар лета попасть в полосу снегопада.
Даже в теплое время года из облаков иногда падают снежинки или градины,
а уже потом они тают в воздухе и проливается дождь. Поэтому дождь
бывает холодным: капли просто не успевают согреться, пока летят к земле.
Сначала из водяных паров формируется облако. Когда температура в
нем опускается ниже -5t С, на мельчайших частицах почвы и пыли, парящих
в воздухе (ядрах кристаллизации), образуются крошечные кристаллы льда.
Чаще всего они имеют форму шестиугольных пластинок, которые растут и
превращаются в снежинки. Они могут соединяться между собой в снежные
хлопья. Опускаясь вниз, снежинки пролетают сквозь облако, состоящее из
мельчайших капель воды, примерзают к имеющимся в нем ледяным
кристаллам, образуя снежную крупу.
I.2. Методика исследования
В качестве биотеста мы выбрали семена редиса. Тест на прорастание
семян хорошо разработан и давно применяется для установления воздействия
различных физиологических активных веществ. Тест предложен А.М.
Гродзинским и Д.М. Гродзинским (1973 г. [2.], которые описали ряд
биологических проб для испытания газообразных веществ, которые
накапливаются в осадках. В их работе описаны методика распознавания
7
гербицидов в осадках и других токсикантов (солей тяжелых металлов),
которые в малых концентрациях усиливают ростовые процессы, а в больших
подавляют. Ими предложено использовать мелкие семена, желательно
свежее собранные.
Ход работы
Осадки собирали во время выпадения снега в кристаллизаторы
объёмом 1000 мл (в двукратной повторности) одновременно в трех районах
г. Райчихинска в центре города, в северо-западной части (район обувной
фабрики), п. Зельвино.
1000 мл осадков
упаривали в выпаривательных чашках на водяной
бане, постоянно поливая новые порции жидкости. После выпаривания снега
в чашку добавили по капли дистиллированной воды и тщательно растирали
осадок стеклянной палочкой, сливая все в пробирку. Новые капли воды (3
раза) очищали чашку полностью. Объём жидкости в пробирке составлял 10
мл (концентрация увеличивалась в 100 раз).
Сконцентрированная жидкость осадков использовали
для
определения их токсичности.
Чашки Петри стерилизовали, на их дно укладывалась вата, на
которую наливали 5 мл. жидкости. На вату рассыпали 50 штук мелких семян
редиса. Пробу каждого участка повторяли двукратно.
Чашки Петри закрывали крышкам и оставляли в лаборатории, при
температуре +25С - +26С. Контрольная чашка – чашка с теми же семенами,
вата в которой увлажнена 5 мл. дистиллированной воды.
Для установления проращивания мы провели пробные работы и
установили, что семена начинают прорастать на второй день, и что наиболее
рационально их проращивать до размера 1,5 – 2 см. ( не более), т.к большие
проростки теряют чувствительность.
С целью профилактики семена протравливали (сухие семена погружали
в 1% раствор перманганата калия на о,5 часа, а затем промывали
дистиллированной водой, используя два слоя марли, обсушивали на
фильтровальной бумаги на воздухе.
После прорастания семян в контроле на 50% производили подсчет.
Данные по всхожести в опытных вариантах выражали в процентах к
контролю, который принимали за 100%.
Принимали следующую градацию: 100% - нет токсичности, 80-90% очень слабая токсичность, 60 – 80% - слабая, 40 – 60% - средняя, 20 – 40 % высокая токсичность, 0 – 20% - очень высокая токсичность, близкая к
летальной.
8
II.
Результаты исследования
Осадки собирались 15 ноября 2010 года, 3 декабря 2010 года, 6 февраля
2011 года , 18 февраля 2011 года.
В результате проращивания семян редиса в пробах 1 – контрольная проба
(дистиллированная вода), 2 – район Гимназия №8, 3 – п. Зельвино, 4-район
обувной фабрики; выявлено:
1. Проба от 15 ноября 2010 года. В контрольной пробе 50 % семян
проросли через два дня. Осадки собранные 15 ноября 2010 г. оказались очень
слаботоксичными в первой (от 86 до 92%), второй (86%) и слаботоксичными
в третьей пробе (75 – 78%) (Приложение 2 «Результаты биотестирования
снега, выпавшего 15 ноября 2010 года»)
2.Проба от 18 февраля 2011 года. В контрольной пробе 50 % семян
проросли на второй день. Осадки собранные 18 февраля 2011 года. оказались
очень слаботоксичными в первой (от 88 до 92%), второй (96%) и
слаботоксичными в третьей пробе (84 - 88%) (Приложение 3 «Результаты
биотестирования снега, выпавшего 18 февраля 2011года»)
3. Проба от 3 декабря 2010 года. В контрольной пробе 50% проросли на
третий день. Результат во всех пробах оказался очень высокий. От 96 – 100%
(Приложение 4 «Результаты биотестирования снега, выпавшего 3 декабря
2010года»)
4. Проба от 6 февраля 2011 года. В контрольной пробе 50% семян
проросли на третий день. Осадки собранные на первом и втором
контрольных участках, оказались с очень слабой токсичностью (от 88 до
92%). На третьем участке (район обувной фабрики) токсичность, оказалась
более высокой. Процент прорастания семян был от 73 до 76%.
9
III. Выводы
Методом биотестирования (с помощью проращивания семян на
испытуемом субстрате) было выявлено, что
1. Осадки в городе Райчихинске не отличаются большой токсичностью, а
проявляют очень слабую или слабую токсичность.
2. Наиболее загрязнённым (из исследуемых) явился микрорайон обувной
фабрики. Наиболее загрязнённым ( проба показала слабую
токсичность) - район район обувной фабрики
10
Приложение 1 схема «Виды осадков»
ВИДЫ ОСАДКОВ
Дождь
Иней
Снег
Дымка
Ледяной дождь
Морось
Роса
и
туман
11
Ледяная пыль
Град
Приложение 2 «Результаты биотестирования снега, выпавшего 15 ноября 2006 года»
участок
контроль
1 (район гимназии)
2 (п. Зельвино)
3 (район обувной
фабрики)
проба
1
2
1
сроки
16.11.2010
( 8.00)
7
14%
8
16%
16.11.2010
(16.00)
9
18%
12
24%
17.11.2010
( 8.00)
16
32%
15
30%
17.11.2010
(16.00)
19
38%
21
42%
18.11.2010
( 8.00)
23
46%
24
48%
18.11.2010
(16.00)
28
56%
27
54%
24
2
86%
26
1
92%
24
2
86%
24
1
86%
21
2
75%
22
78%
токсичность
- нет токсичности
- очень слабая токсичность
- высокая токсичность
- слабая токсичность
- очень высокая токсичность
- средняя токсичность
14
Приложение 3 «Результаты биотестирования снега, выпавшего 18 февраля 2011 года»
участок
контроль
1 (район гимназии
2 (п.Зельвино)
3 (район обувной
фабрики)
проба
1
сроки
19.02.2011
( 8.00)
19.02.2011
(16.00)
20.02.2011
( 8.00)
20.02.2011
(16.00)
токсичность
2
1
6
12%
8
16%
16
32%
19
38%
22
44%
24
48%
25
50%
26
52%
23
2
92%
22
1
88%
24
2
96%
24
1
96%
21
2
84%
22
88%
- нет токсичности
- очень слабая токсичность
- высокая токсичность
- слабая токсичность
- очень высокая токсичность
- средняя токсичность
15
Приложение 4 «Результаты биотестирования снега, выпавшего 3 декабря 2010 года»
участок
контроль
1 (район гимназии
2 (п.Зельвино)
3 (район обувной
фабрики)
проба
1
сроки
4.12.2010
(8.00)
4.12.2010
(16.00)
5.12.2010
(16.00)
6.12.2010
(8.00)
Токсичность
2
7
1
10
20%
16
32%
9
19%
20
40%
18
36%
25%
50%
25%
50%
2
1
2
1
2
14%
25
100%
25
100%
25
100%
25
100%
25
100%
24
96%
- нет токсичности
- очень слабая токсичность
- высокая токсичность
- слабая токсичность
- очень высокая токсичность
- средняя токсичность
16
Приложение 5 «Результаты биотестирования снега, выпавшего 6 февраля 2011 года»
Участок
контроль
1 (район гимназии
2 (п.Зельвино)
3 (район обувной
фабрики)
проба
1
сроки
7.02.2011
(8.00)
7.02.2011
(16.00)
8.02.2011
(8.00)
9.02.2011
(16.00)
Токсичность
2
1
4
8%
6
12%
12
24%
13
26%
17
34%
17
34%
26
52%
24
48%
23
2
88%
23
1
88%
24
2
92%
23
1
88%
20
2
76%
19
73%
- нет токсичности
- очень слабая токсичность
- высокая токсичность
- слабая токсичность
- очень высокая токсичность
- средняя токсичность
17
Литература
1. «Энциклопедия для детей Т.З.География» М.Д. Аксёнов –
М.: Аванта +; 2003г, 704с (320-325)
2. «Погода на земле» Дж. Вайсберг – Ленинград:
Гидрометиоиздат; 1980 г 248с (63-68)
3. «Я познаю мир. Природные катастрофы» Н.Н. Непомнящий
– М.: ООО «Издательство АСТ»: ООО «издательство
Астель», 2001г 464с (354-356)
4. «Погода и Климат» Корини Стокли – М.: «Росмен» 1998г.
48с (14-15)
5. Биотестирование. Клейтман; М.АРГ-порст, 2008
1