Снежн._покров

Муниципальная средняя общеобразовательная школа №14
г. Мончегорска Мурманской области
Направление исследовательской работы:
“Экология”
Изучение состояния снежного покрова на территории
г. Мончегорска
Авторы работы: Буркаева Евгения,
Рябова Анна,
учащиеся 11 А класса
Научный руководитель:
Мартина Марина Владимировна
учитель химии
Мончегорск
2008
Содержание
Введение
1.Теоретическая часть
1.1. Географическая справка
1.2. Информация для проведения исследований
2. Практическая часть
2.1. Выбор мест для взятия проб
2.2. Методика забора проб
2.3. Исследование проб
2.4. Анализ полученных результатов
Выводы
Приложение
Список литературы
Введение
Созданный в 1935 г. комбинат «Североникель» стал градообразующим предприятием
для нашего города. Основными загрязняющими веществами при переработке медноникелевого сырья являются диоксид серы и пыль, содержащая тяжелые цветные металлы:
медь, никель, кобальт (2).
Нами были изучены данные по экологии Кольского полуострова и Мончегорского
района в частности. Это позволило составить представление о других стационарных
источниках выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, изучить их
многокомпонентный химический состав и динамику изменения интенсивности выбросов
(1,2,7). Кроме того определена роль автотранспорта в процессе загрязнения атмосферного
воздуха (1,5).
Изучая эти данные, мы понимали, что большая часть веществ - загрязнителей
атмосферы попадает в почвенный покров. В зимнее время загрязняющие вещества
накапливаются на поверхности снега и в период таяния снежного покрова непременно
окажутся в почве, изменяя ее природный состав (8). Поэтому нам казалось актуальным
изучить закономерности распределения осадков в зимнее время на территории
Мончегорского района (7).
Мы ставили целью исследование загрязненности снежного на территории г.
Мончегорска. Задача состояла в выявлении связи закисления снега, наличия в нем
твердых осадков с функционированием некоторых источников загрязнения,
температурой и влажностью воздуха.
Изучение состояния снежного покрова осуществлялось с ноября 2006 по февраль 2007 г.
Рабочие гипотезы:
 городской парк, находящийся вдали от стационарных и бытовых источников
загрязнения является идеально чистой экологической зоной.
 комбинат «Североникель», являясь основным стационарным источником
загрязнения окружающей среды, дает «львиную долю» вредных выбросов
 значителен вклад автотранспорта в проблему загрязнения атмосферы и снежного
покрова
 существует зависимость уровня закисления снежного покрова от влажности
воздуха
1. Теоретическая часть
1.1. Географическая справка
Мончегорский район расположен в центре Мурманской области, занятом
средневысокими горными массивами. Массивы гор расчленены долинами рек, озерами,
понижениями на целый ряд обособленных массивов, называемых тундрами. Мончегорск
расположен на 68 градусе северной широты, здесь солнце не заходит летом за горизонт 40
дней, а зимой не появляется на небосводе 23 дня. В Мончегорском районе
прослеживаются черты континентального климата. В таблице 1 приложения приведены
средние многолетние величины основных метеорологических параметров холодного
периода, влияющие на степень загрязненности снежного покрова.
1.2. Необходимая информация для проведения исследований
а) Источники загрязнения атмосферы на территории г. Мончегорска
Анализируя деятельность предприятий, расположенных на территории Мончегорского
района (2,5,7), мы пришли к выводу, что основными загрязнителями атмосферного
воздуха является ОАО комбинат «Североникель», автотранспорт и городская свалка. В
специальной литературе приведены параметры загрязнения:
* В 2005 г. средняя годовая концентрация пыли по городу составила 0.11мг/м3, что
менее 1 ПДК.
* Средняя за год концентрация диоксида серы не превышала ПДК и была на уровне
1995г. (диаграмма 1 приложения).
* Загрязнение воздуха диоксидом азота невелико, среднегодовые показатели не
достигли ПДК. Максимальная разовая концентрация NO2, превышающая ПДК в 1.9 раза,
зафиксирована в декабре.
* Средняя концентрации бенз(а)пирена за год не превышала санитарную норму.
Наибольшая из средних за месяц наблюдалась в ноябре 2005 г. и достигала 4.1 ПДК.
* Среднегодовая концентрация формальдегида превышала ПДК в 1.4 раза, оставаясь на
уровне 1995г.
* Содержание тяжёлых металлов в атмосфере города незначительно, концентрации
наблюдаемых металлов не превышала ПДК (диаграммы 2 и 3 приложения).
б) Зоны локального загрязнения на территории Мончегорского района
В результате экологических исследований выявлено, что радиус зоны локального
загрязнения снежного покрова сульфатами составляет 58-60 км от центра промплощадки
ОАО «Североникель», а никелем и медью-28-30 км. Данные границы будут справедливы
не только для зоны локального загрязнения снежного покрова, но и для зоны локального
загрязнения территории за тёплый период года (2,7).
в) Динамика выбросов от автотранспорта по Мурманской области
В 2005 г. выбросы от автотранспорта были 127.35 тыс. тонн в год, что составляет
19.98% от валовых выбросов по области. За этот же период времени израсходовано 185.9
тыс. тонн дизельного топлива и 120.1 тыс. тонн бензина. Автотранспорт выбрасывает 13%
диоксида азота, 64% оксида углерода, 14% углеводородов. Объемы выбросов ЗВ от
автотранспорта за 2005 г. представлены в таблице 2 приложения. Динамика выбросов от
автотранспорта с 1994 по 1996 г. отражена в диаграмме 4 приложения.
В целом по области к 2005 г. выбросы от автотранспорта увеличились по сравнению с
1995 г. на 6.92 тыс. т., что объясняется увеличением количества автомобилей (5).
2. Практическая часть
2.1. Выбор мест для взятия проб
* район центральной аллеи городского парка, вдали от населенных пунктов (контроль)
* во дворе большого дома (густонаселенный район ул. Климентьева)
* на перекрестке дорог с интенсивным движением транспорта (район Политехнического
колледжа и АТЦ ОАО «Североникель»)
* район проходной ОАО «Североникель»
2.2. Методика забора проб
- фиксировались температура и влажность воздуха во время снегопада
- пробы брались спустя 1-2 суток после снегопада
- пробирки опускались отверстием вниз в толщу снега и вынимались, наполненные
снегом
- пробы выдерживались в закрытом виде до комнатной температуры
2.3. Исследование проб
а/ Первичная обработка проб
- отмечалось наличие возможного осадка в каждой пробе
- с помощью универсального индикатора измерялась рН надосадочной жидкости без
встряхивания содержимого пробирки
- рассчитывались средние значения рН проб снега для каждого участка
- полученные данные заносились в таблицу:
№
Дата
забора
проб
Дата
снегопада
t, влажн.
воздуха
Всего
Место взятия проб
С осадком.
Без
осадка
рН
min–
max
Средн
б/ Определение массы осадка в образцах талой воды
Образцы талой воды мы фильтровали с помощью бумажного фильтра, предварительно
взвешенного на школьных весах. Затем воду выливали, фильтры высушивали в течение
суток при комнатной температуре и снова взвешивали. Результаты заносили в таблицу,
вычисляя массу осадка по формуле: m(осадка) = m1 – m0, где m0 – масса фильтра до
фильтрования, а m1 – масса высушенного фильтра с осадком. Результаты заносились в
таблицу:
№
Место взятия проб
Дата
m0 (г) m1 (г) m(осадка) m (ср.ос.)
2.4. Анализ полученных результатов
а/ Анализ значений рН надосадочнной жидкости
Анализ значений рН надосадочнной жидкости в зависимости от места взятия проб
показал наибольшую закисленность проб снега, взятых на перекрестке автодорог с
оживленным движением грузового транспорта и во дворе многоэтажного дома: в обоих
случаях средние значения рН =3. Пробы снега, взятые около проходной комбината
«Североникель» показали средние значения: рН = 4,5. Наименьшую закисленность имел
снег, собранный в районе городского парка - рН надосадочной жидкости равен 5.
Очевидно, что на закисленность снега влияют растворенные в нем вещества –
загрязнители атмосферы. Предполагаем, что на поверхности снега происходят следующие
химические процессы:
SO2 + H2O = H2SO3
CO2 + H2 O = H2 CO3
2 NO2 + H2O = HNO2 + HNO3
Зависимость значений рН надосадочной жидкости от места взятия проб отражена в
диаграмме 5 приложения.
б/ Анализ зависимости массы осадка от места взятия проб
Анализируя результаты определения масс осадков, находящихся в пробах талой воды,
мы убедились, что значительнее всего осадки в образцах снега, взятых во дворе
многоэтажного дома: m (средняя осадка) = 0,06 г в 100мл талой воды. Велико значение
средней массы твердых веществ и в пробах снега, взятых у проходной ОАО
«Североникель»: 0,05 г на 100 мл талой воды. Снег перекрестка оживленных
автомобильных дорог содержит в среднем 0,045 г твердых частиц на 100 мл талой воды.
Меньше всего содержится твердых частиц в пробах снега, взятых в городском парке: 0,01
г на 100 мл талой воды. Результаты этого блока экспериментов обобщены в диаграмме 6
приложения.
Мы думаем, что наиболее вероятен следующий состав твердого осадка в пробах:
песок, используемый для подсыпки улиц во время гололеда, металлосодержащие частицы,
угольная и цементная пыль, возможно – асбест.
в/ Анализ зависимости значений рН надосадочной жидкости от влажности воздуха
На следующем этапе работы нам показалось актуальным проследить зависимость
значений рН надосадочной жидкости от влажности воздуха в день забора проб. Данные о
температуре и влажности воздуха в эти дни нам предоставили сотрудники городской
метеостанции. Оказалось, что повышение влажности воздуха ведет к дополнительному
закислению снежного покрова. Как видно из диаграммы 7 приложения, средние значения
рН надосадочной жидкости изменяется от 4,5 при влажности 77% до 3,7 при влажности
80%.
Выводы
Наши выводы не всегда подтверждали рабочие гипотезы:
 Основным загрязнителем снежного покрова на территории города можно считать не
комбинат «Североникель», а дворы обычных многоэтажных домов с их дымящимися,
часто неопрятными мусорными контейнерами и чадящими автомобилями, чьи хозяева
не соблюдают правила парковок. Это приводит к дополнительному закислению
снежного покрова и увеличению содержания твердых частиц в пробах снега.
 С переходом комбината «Североникель» на новые технологии (переход от
пирометаллургических к гидрометаллургическим способам получения металлов), роль
его как стационарного источника выбросов, уменьшилась. Пробы, взятые от
проходной ОАО комбината, по кислотности и содержанию твердого осадка они не
превышали показатели из других мест забора проб (за исключением территории
городского парка).
 Тревожные факты повышенной кислотности проб снега, взятых в районе перекрестка
автомобильных дорог, говорят о том, что на наших дорогах по- прежнему много
автотранспорта, работающего без применения каталитических нейтрализаторов,
снижающих токсичность выхлопных газов.
 Слабое закисление проб снега, взятых в районе городского парка, говорит о том, что
он тоже не является идеально чистой территорией с точки зрения экологии.
 Обнаруженную зависимость повышения кислотности снежного покрова от повышения
влажности воздуха можно объяснить усилением процессов растворения и диссоциации
веществ – загрязнителей в водной среде.
Кроме того, мы поняли, что экологическое благополучие наших городов во многом
зависит от корректного решения простых бытовых и житейских проблем: содержать в
порядке свои дворы, правильно парковать автомобиль, вовремя его отремонтировав, не
оставлять строительный мусор после ремонта или строительства.
Мы готовы сотрудничать с городским экологическим центром по проведению
экологического мониторинга нашего города, можем предоставить результаты нашей
работы для осуществления экологического воспитания на классных часах. Нам очень
хочется, чтобы заснеженный Мончегорск был похож на зимнюю сказку.
Приложение
Средние многолетние метеорологические параметры холодного периода
по метеостанции «Мончегорск»
№
Метеорологические параметры
Значения
1 Температура воздуха, град
-9,6
2 Относительная влажность воздуха %
83
3 Скорость ветра, м / сек.
4,4
4 Повторяемость штилей, %
27
5 Сумма осадков, мм
136
6 Число дней со снежным покровом
199
7 Дата образования устойчивого снежного покрова
1,11
(число, месяц)
8 Дата разрушения устойчивого снежного покрова
2,4
(число, месяц)
9 Число дней с метелью
47
10 Продолжительность метелей (в день с метелью),
7,8
час.
Таблица 1
Выбросы в атмосферу диоксида серы
(тыс. тонн/год)
Североникель
Печенганикель
ОАО " КГМК "
300
257,5
257,5
253,3
250,9
250
236
232,5
200
245,5
227,4
198,3
195,7
196,2
189,9
196,5
190,9
188,7
167,27 165,92
150
150,4
145
151,2
147,9
147,4
139,9
129,3
123,8
124,3
110,4
110
100
97,6
88,3
50
45,8
45,3
43,5
43,47
41,62
4
00
3
2
2
00
2
00
1
2
00
0
2
00
9
2
99
8
Диаграмма 1
1
99
7
1
99
6
1
1
99
5
99
4
1
1
99
3
99
2
1
1
99
1
99
1
1
99
0
0
37,5
Выбросы Ni в атмосферу ( тонн/год )
Североникель
Печенганикель
ОАО "КГМК"
3000
2712 2660
2500
2118
2000
1960
1619
1500
1366 1309 1348 1304
1459
1127
1000
500
301
279
295
282
297
299
298
321
323
329
1630 1604
1276 1257
354
347
1145 1089
1048
818
708 668
327
329 329
20
04
20
03
20
02
20
01
20
00
19
99
19
98
19
97
19
96
19
95
19
94
19
93
19
92
19
91
19
90
0
Диаграмма 2
Выбросы Cu в атмосферу ( тонн/год )
Североникель
Печенганикель
ОАО " КГМК "
2000
1800
1813
1739
1600
1400
1457
1200
1000
800
600
1049
934
726 699 761
1049 1080 1020
874 856 874 829 865 870
750
698 700
580
400
200
180 171 175 162 163 178 177 183 188 193 206 191 167 167 167
0
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Диаграмма 3
Объемы выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта
Загрязняющие вещества
Объём выброса (тыс. т /год)
Сажа
Диоксид серы
Окись углерода
Окислы азота
Углеводороды
Прочие
2.88
419.46
121.17
24.2
18.62
3.102
Таблица 2
Динамика выбросов от
автотранспорта и их доли в общем
объёме выброса
2006
Автотранспорт
2005
Доля авт.
2004
0
50
100
Диаграмма 4
150
pH
5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Городской парк
4,5
Проходная КГМК
3
3
Перекресток
автодорог
Двор
многоэтажного
дома
Место взятия проб
Диаграмма 5
m (осадка)
[г]
0,06
0,06
Городской парк
0,05
0,05
0,045
Проходная КГМК
0,04
0,03
Перекресток
автодорог
0,02
0,01
0
Двор
многоэтажного
дома
0,01
Место взятия проб
Диаграмма 6
Зависимость значений pH от влажности
воздуха
pH
7
6
5
4,5
3,8
4
3,7
3
2
1
0
77
78
80
Влажность воздуха (% )
to C
Влажность
возд. (%)
-1,5
78
-21,2
77
-10
80
Значения
pH
4
3,5
3,5
4
4
4
4,5
4,5
4,5
5
3,5
4
3,5
4
3,5
Диаграмма 7
Средние
значения pH
3,8
4,5
3,7
Список литературы
1. Вишнякова И.А. Состояние природной среды и проблемы экологии на Кольском
полуострове. ООО МИП Мурманск.1997.
2. Кольская ГМК. Ежегодник //Информационно – справочное издание Кольской
ГМК. 2005.
3. Наука и бизнес на Мурмане. // Мурманское книжное издательство. 2005.
4. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России.
«Финансы и статистика». М 2000.
5.Сагайдачная В.В. Краеведческий материал на уроках химии. НИЦ «Пазори».
Мурманск.2003.
6. Сагайдачная В.В. Задачи и задания по химии с региональным содержанием,
лабораторный практикум. Мурманск. НИЦ «Пазори», 2002.
7.Фомичева А.А. Экологическая политика ГМК. // Информационно – справочное
издание ОАО Кольской ГМК. 2004 .
8. Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии. М. «Просвещение», 1998.
Описание
исследовательской работы
« Изучение состояния снежного покрова на территории г. Мончегорска»
Градообразующим для нашего города является крупнейшее предприятие цветной
металлургии, комбинат «Североникель». Основные загрязняющими веществами при
переработке медно-никелевого сырья - диоксид серы и пыль, содержащая тяжелые
цветные металлы: медь, никель, кобальт.
В течение пяти лет мы изучаем влияние загрязняющих веществ на водные системы,
состав воздушной среды и состояние снежного покрова нашего города. «Изучение
состояния снежного покрова на территории г. Мончегорска» является логическим
продолжением исследовательских работ экологической направленности учащихся СОШ
№ 14 «Голубая лагуна для жемчужины Заполярья» (2003 г.), «Экологические ловушки»
(2005 г.).
Авторы работы использовали данные по экологическому состоянию Кольского
полуострова и Мончегорского района в частности. Это позволило составить
представление об основных стационарных источниках выбросов загрязняющих веществ
(ЗВ) в атмосферу, изучить их многокомпонентный химический состав и динамику
изменения интенсивности выбросов. Кроме того определена роль автотранспорта в
процессе загрязнения атмосферного воздуха.
Географическая справка помогла учащимся понять особенности климатических
условий Мончегорского района, она сопровождалась анализом средних многолетних
величин основных метеорологических параметров холодного периода, влияющих на
степень загрязненности снежного покрова.
Авторы работы осознавали, что в зимнее время загрязняющие вещества накапливаются
на поверхности снега и в период таяния снежного покрова непременно окажутся в почве,
изменяя ее природный состав. Поэтому представляемая часть исследования посвящена
изучению интенсивности загрязнения снежного покрова.
Помимо работы с литературными источниками по изучаемой проблеме, учащиеся
обратились к эксперименту. Экспериментальный этап работы предусматривал
исследование кислотности надосадочной жидкости и наличие твердого осадка в составе
талой воды.
Места забора проб были выбраны не случайно:
* район центральной аллеи городского парка, вдали от населенных пунктов (контроль)
* придомовая территория густонаселенного района города
* перекресток дорог с интенсивным движением грузового транспорта
* район проходной комбината «Североникель»
В ходе работы совершенствовалась и усложнялась методика взятия и исследования
проб. Полученные данные помогли проследить зависимость закисления снега и наличия
твердых частиц от близости некоторых источников ЗВ и влажности воздуха.
Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы:
 Основным источником загрязнения снежного покрова на территории города можно
считать не комбинат «Североникель», а дворы обычных многоэтажных домов.
 С переходом комбината «Североникель» на новые технологии (переход от
пирометаллургических к гидрометаллургическим способам получения металлов), роль
его как стационарного источника выбросов, уменьшилась.
 Факты повышенной кислотности проб снега, взятых в районе перекрестка
автомобильных дорог, говорят о том, что на наших дорогах по- прежнему много
автотранспорта, работающего без применения каталитических нейтрализаторов,
снижающих токсичность выхлопных газов.
 Слабое закисление проб снега, взятых в районе городского парка, свидетельствуют о
том, что он тоже не является идеально чистой территорией с точки зрения экологии.

Обнаруженную зависимость повышения кислотности снежного покрова от повышения
влажности воздуха можно объяснить усилением процессов растворения и диссоциации
веществ – загрязнителей в водной среде.
Авторы работы предполагают в дальнейшем перейти от практики отдельных
исследований к экологическому мониторингу состояния местных экосистем. Они
планируют использовать результаты своих исследований для проведения классных часов
по экологической тематике в школе, готовы сотрудничать с городским экологическим
центром для популяризации экологических знаний.
27.02.08.
Научный руководитель:
Чернышева Ольга Анатольевна