III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ШКОЛА ЗОНА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Кривцова Р.О.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


ВВЕДЕНИЕ

Здоровье человека напрямую зависит от окружающей среды, и в первую очередь от воздуха, которым он дышит. Качество воздуха влияет на жизнедеятельность человеческого организма, его работоспособность и общее самочувствие. Взаимосвязи между здоровьем человека и окружающей средой, безусловно, очень и очень сильны. Около 25% всех болезней связано с плохим состоянием окружающей среды. Нет сомнения, что если бы можно было избавиться от экологического рисков или уменьшить их, это бы имело очень позитивное влияние на наше здоровье.

По данным исследований, наибольшее влияние окружающая среда оказывает на здоровье людей в развивающихся странах, в частности, на детей в этих странах. Традиционные риски для здоровья очень велики в этих странах - небезопасная вода, неадекватные санитарные условия и использование твердых видов топлива для приготовления пищи. Однако экологические факторы могут иметь и более тонкие влияния, которые являются более трудными для изучения и оценки. Например, химические вещества, которые мы получаем с пищей, водой или воздухом.

Именно поэтому текущая оценка экспертов все еще не отражает полного влияния окружающей среды на наше здоровье.

Недаром, экологии и, в частности, проблеме чистого воздуха уделяется так много внимания. В наше время, развитого технического прогресса, всё больше и больше загрязняется окружающая среда, уничтожаются леса – наибольший источник чистого воздуха. А что можно говорить о городах... Чем больше город, тем грязнее в нём воздух. И наоборот, чем дальше живёт человек от городских улиц, тем здоровее он выглядит. Давно известный факт, что долгожителей больше всего наблюдается в горной местности, и в первую очередь это зависит от чистоты воздуха. А средняя продолжительность жизни выше в тех странах, где эта проблема рассматривается на государственном уровне, и соответственно ей уделяется больше внимания, начиная от финансирования и заканчивая всевозможной государственной поддержкой.

Наше сельское поселение расположено в одноименной балке на юго-востоке относительно города Светлограда Оно находится в засушливой зоне с коэффициентом увлажнения 0,4-0,5, по теплообеспеченности лета территория относится к умеренно-жаркому климату при средней температуре воздуха в июле +23ºС, в январе -4,5ºС.

Проблема состояния экология нашего села так же беспокоит жителей. Особое внимание вызывает состояние здоровья подрастающего поколения. Нашу школу посещают 242 учащихся. Общая картина заболеваемости детей, посещающих школу выглядит так: По данным школьной медицинской сестры за прошедший учебный год в нашей школе было выявлено, что наиболее часто болеют учащиеся школы простудными заболеваниями ОРВИ, их было зафиксировано 230 случаев, то есть некоторые болели по несколько раз за год, 15 случаев - ветряной оспы, 22 случая – бронхита, у 10 ребят – вегетативно сосудистая дистония. Можно сделать вывод, что много детей имеют ослабленный иммунитет. А поскольку именно в раннем детстве, дошкольном и школьном возрасте формируется здоровье человека, то ясна роль школы в этом вопросе.

Поэтому хотелось бы проверить гипотезу может ли влиять состояние окружающей среды на заболеваемость учащихся школы. Цель исследовательской работы: каково состояние окружающей среды, прилежащей к школе территории.

Исследование состояния воздуха необходимо провести в 2 этапа, для этого решить следующие задачи:

  1. Выявить состояние воздуха на территории села Сухая Буйвола посредством метода лихеноиндекации.

  2. Определить загруженность улицы Красная автотранспортом и оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта на участке магистральной улицы (по концентрации СО)

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

  1. Обзор литературы.

Лишайники представляют своеобразную группу комплексных организмов, тела кото­рых всегда состоят из двух компонентов — гриба и водоросли. В основе биологии ли­шайников лежит явление симбиоза — сожи­тельства двух различных организмов.

Лишайники по-разному реагируют на загрязнённость воздуха: некоторые из них не выносят даже малейшего загрязнения и погибают, другие, наоборот, чаще живут в городах и прочих населённых пунктах; хорошо приспособившись к соответствующим антропогенным условиям. Изучив свой­ства лишайников, можно использовать для общей оценки степени загрязнённости окружающей среды, особенно атмосферно­го воздуха.

В лесу можно заметить лишайники, расту­щие на стволах деревьев, — большие светло-серые пятна пармелий и гипогимний. сви­сающие с веток «бороды» уснеи и др. Они нередко покрывают более полови­ны поверхности ствола и ветвей. Если же пройти через городской парк, то можно об­наружить лишь маленькие фрагменты слое­вищ в трещинах коры.(Рябкова, 2003г)

Видовой состав лишайников в разных частях города (в центре, в индустриальных районах, в парках, на окраинах) настолько различный, что учёные выделяют в преде­лах городов так называемые лишайниковые

ЗОНЫ:

  • лишайниковую «пустыню» (центр горо­да с сильно загрязнённым воздухом и фа­бричные районы), где лишайники почти со­всем отсутствуют;

  • зону «соревнования» (части города со средней загрязнённостью воздуха), где мало видов лишайников, они отличаются понижен­ной жизнеспособностью;

  • «нормальную» зону (периферийные районы города), где встречаются многие виды лишайников.( Лыгин, Гатиятова, Лыгина, 2012г)

Современный человек не представляет своей жизни без автомобиля. С конвейеров автозаводов всего мира сходит примерно 160 – 180 автомобилей в минуту.

Существенной составляющей загрязнения воздушной среды городов, особенно крупных, являются выхлопные газы автотранс­порта, которые в ряде столиц мира, административных центрах Рос­сии и стран СНГ, городах-курортах составляют 60-80% от общих выбросов. Многие страны, в том числе и Россия, принимают раз­личные меры по снижению токсичности выбросов, путем лучшей очистки бензина, замены его на более чистые источники энергии (газовое топливо, этанол, электричество), снижения свинца в до­бавках к бензину. Проектируются более экономичные двигатели с более полным сгоранием горючего, создание в городах зон с огра­ниченным движением автомобилей и др. Несмотря на принимае­мые меры, из года в год растет число автомобилей и загрязнение воздуха не снижается. (Алексеенко, 2002г)

Известно, что автотранспорт выбрасывает в воздушную среду более 200 компонентов, среди которых угарный газ, углекислый газ, окислы азота и серы, альдегиды, свинец, кадмии и канцерогенная группа углеводородов (бензопирен и бензоантроцен). При этом наи­большее количество токсичных веществ выбрасывается автотранс­портом в воздух на малом ходу, на перекрестках, остановках перед светофорами. Так, на небольшой скорости бензиновый двигатель выбрасывает в атмосферу 0,05% углеводородов (от общего выбро­са), а на малом ходу - 0,98%, окиси углерода соответственно - 5,1% и 13,8%. Подсчитано, что среднегодовой пробег каждого автомоби­ля 15 тыс. км. В среднем за это время он обедняет атмосферу на 4350 кг кислорода и обогащает ее на 3250 кг углекислого газа, 530 кг окиси углерода, 93 кг углеводородов и 7 кг окислов азота. (Федорова, 2001г)

От загрязнения воздуха особенно сильно страдают зеленые насаждения в промышленных городах, атмосфера которых содержит большое количество загрязняющих веществ.Чем больше зелени в городах, тем чище воздух.

Методика проведения исследований.

1 этап исследования

Определение чистоты воздуха по лишайникам. Лихеноиндекация

Для оценки чистоты приземного воздуха нами был использован метод лихеноиндикации — один из специфических методов мо­ниторинга загрязнения окружающей сре­ды — биоиндикация, определение степени загрязнения геофизических сред с помощью живых организмов, биоиндикаторов. В каче­стве живых индикаторов мы использовали лишайники.

При определении состояния воздушной среды и степени загрязнения территории поселения было проведено сравнение состояния лишайников на различных территориях: парковая зона (расположена в 750 м от дороги), зона деревьев, высаженных у дороги и зона перед школой (территория школы отделена от дороги парковой зоной около 25 м), а также для определения лишайников цветная реакция на раствор щелочи; выявлены лишайники, которые встречаются в парке.

Вырезают из бумаги квадрат­ную раму со стороной 20 см. Размещают раму на стволе дерева на высоте 1 м и затем смо­трят, какую часть ствола в раме покрывает лишайник.

Оценочная шкала:

  • весь квадрат покрыт лишайниками, мно­го различных лишайников: чистый воздух;

  • половина квадрата покрыта лишайни­ками, несколько видов лишайника (2-3): малозагрязнённый воздух;

  • единичные глазки лишайника в квадра­те, один вид лишайника: загрязнённый воз­дух;

  • ни одного вида лишайников в квадрате: очень загрязнённый воздух.

2 этап исследования

Оценка состояния уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта на участке магистральной улицы (по концентрации СО)

Учащиеся фиксируют интенсивность движения автотранспорта методом подсчета автомобилей разных типов в течение 3-х дней в первой половине дня. Учет ведется способом точкования «квадра­тиков».

Оценка улицы проводилась по плану:

1.Тип улицы: городские улицы с односторонней застройкой (набережные, эстакады, виадуки, высокие насыпи), жилые улицы с двусторонней застройкой, дороги в выемке, магистральные улицы и дороги с многоэтажной застройкой с двух сторон, транспортные тоннели и др.

2.Уклон. Определяется глазомерно или эклиметром.

3.Скорость ветра. Определяется анемометром.

4.Относительная влажность воз­духа. Определяется психрометром.

5.Наличие защитной полосы из де­ревьев и др.

Собранные материалы записывают в форме таблицы. Строят графики.

Итогом работы является суммарная оценка загруженности улиц автотранспортом согласно ГОСТ-17.2.2.03-77: низкая интенсивность движения - 2,7-3,6 тыс. автомобилей в сутки, средняя - 8-17 тыс. и высокая - 18-27 тыс.

Производится сравнение суммарной загруженности различных улиц города в зависимости от типа автомобилей, дается объяснение различий.

Загрязнение атмосферного воздуха отработанными газами ав­томобилей удобно оценивать по концентрации окиси углерода, в мг/м3.

Формула оценки концентрации окиси углерода (Ксо) (Бегма и др., 1984; Шаповалов, 1990):

Ксо = (0,5 + 0,01 N * КТ) * КА * Ку* Кс * Кв * Кп

где:

0,5 - фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспор­тного происхождения, мг/м3,

N- суммарная интенсивность движения автомобилей на го­родской дороге, автом./час,

Кт- коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в ат­мосферный воздух окиси углерода,

КА - коэффициент, учитывающий аэрацию местности,

Ку- коэффициент, учитывающий изменение загрязнения ат­мосферного воздуха окисью углерода в зависимости от ве­личины продольного уклона,

Кс- коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра,

Кв - то же в зависимости от относительной влажности воздуха,

Кп- коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воз­духа окисью углерода у пересечений.

Подставив значения коэффициентов, оценим уровень загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода:

Ксо = (0,5+0,1*500*1,4)*1*1,06*1,20*1,00 = 8,96 мг/м3

ПДК выбросов автотранспорта по окиси углерода равно 5мг/м3 .

Снижение уровня выбросов возможно следующими мероприятиями:

- запрещение движения автомобилей;

- ограничение интенсивности движения до 300 авт/час;

- замена карбюраторных грузовых автомобилей дизельными;

- установка фильтров.

  1. Результаты исследований

Результаты 1 исследования

Объектом исследования были выбраны деревья, произрастающие на территории села, в частности вокруг школы, и характерный лишайник – Ксантория. По результатам цветной реакции различных лишайников на раствор щелочи КОН, выяснили что наиболее распространенными на территории села являются лишайники Ксантория, пармелия, золотянка.

При обследовании выяснилось, что из 35 деревьев 26 заселены лишайниками Ксантория с обширной площадью покрытия ствола примерно 30% (от основания ствола). Наблюдается четкая зависимость встречаемости лишайников от расстояния до дороги, чем дальше, тем встречаемость выше.

При визуальном изучении, деревьев у дороги, видно, что лишайник находится в угнетенном состоянии: уплощенное слоевище грязно-серовато – зеленого цвета. Это объясняется близостью интенсивного потока транспорта и выбросами в атмосферу – окиси углерода, диоксида серы.

В глубине территории парка на расстоянии 750 м от трассы встречается на деревьях Ксантория и золотянка, что свидетельствует об относительной чистоте воздуха.

При анализе интенсивности заселения лишайниками территории вокруг школы, можно сделать вывод, что воздух относительно чистый и опасности для школьников не представляет.

Результаты 2 исследования

Магистральная улица Красная села Сухая Буйвола с одноэтажной застройкой с двух сторон, продольный уклон 2°, скорость ветра 3 м/сек, относительная влажность воздуха - 55%, температура 30°С. От центра села на восток расположена еще одна наиболее длинная улица по протяженности - улица Советская. Расчетная интенсивность движения ав­томобилей в обоих направлениях - 43 автомашины в час (А). Со­став автотранспорта:18% грузовых автомобилей с малой и средней грузоподъемностью, 82% легковых автомобилей, трактора - 0,02%, мотороллеры – 0,012%, лошадь – 0,006%. Между улицей и зданием школы имеется парковая зона, которая создает защитную полосу для звуков и загрязняющих веществ.

Расчет концентрации окиси углерода(СО) (Бегма и др., 1984; Шаповалов, 1990):

Ксо = (0,5 + 0,01 N * КТ) * КА * Ку* Кс * Кв * Кп

Определение коэффициентов (см. таблицы выше)

0,5 - фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспор­тного происхождения, мг/м3,

N=43 автом./час - суммарная интенсивность движения автомобилей на го­родской дороге,

Кт = 1,22- коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в ат­мосферный воздух окиси углерода, (табл 2)

КА = 0,6 - коэффициент, учитывающий аэрацию местности, (табл.3)

Ку =1,06 - коэффициент, учитывающий изменение загрязнения ат­мосферного воздуха окисью углерода в зависимости от ве­личины продольного уклона, (табл. 4)

Кс = 1,50- коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра, (табл.5)

Кв =0,75 - то же в зависимости от относительной влажности воздуха,(табл. 6)

Кп = 1,9- коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воз­духа окисью углерода у пересечений, (табл. 7).

Подставим значения коэффициентов, оценим уровень загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода:

Ксо = (0,5+0,01*43*1,22)*1*1,06*1,50*1,9 = 1,51 мг/м3

ПДК выбросов автотранспорта по окиси углерода равно 5мг/м3 Для нашего населенного пункта коэффициент загрязнения атмосферного воздуха СО равно 1,51 мг/м3, что является так же минимальным значением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  1. Наличие лишайников на исследуемых участках указывает на относительную чистоту воздуха на территории села, наблюдения также выявили влияние движущегося автотранспорта на качество среды. Установление перед школой зебры для пешеходного перехода и знака «Осторожно дети» способствует замедлению движения транспорта перед школой, что сказывается на уменьшении выделения автомобильных выхлопов газов. Деревья, произрастающие перед школой, образуют естественный барьер для загрязняющих веществ.

  2. По результатам исследований выяснили, что в среднем в 1 час мимо школы проезжает около 43 автомобилей разных моделей – это является минимальным значением (для города минимальное разрешенное значение равно 300авт/час). ПДК выбросов автотранспорта по окиси углерода равно 5мг/м3 Для нашего населенного пункта коэффициент загрязнения атмосферного воздуха СО равно 1,51 мг/м3, что является так же минимальным значением.

  3. Общая экологическая обстановка на территории села благоприятная для жизнедеятельности и дальнейшего проживания населения. Согласно данным полученным в проведенных исследованиях основная часть заболеваний учащихся школы не связана с состоянием окружающей среды вокруг школы. Школа была, есть и будет зоной экологической безопасности для учащихся школы и жителей села.

ИСТОЧНИКИ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеенко Ю. В., Алексеенко Л. П. Биосфера и жизнедеятельность: Учебное пособие. — М.: Логос, 2002.

2. Ашихминова Т.Я. Школьный экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие. –М.:АГАР, 2000.

3. Гусакова Н. В. Химия окружающей среды. — Ро­стов н/Д: Феникс, 2004.

4. Рябкова К. А. Изучение лишайников. — СПб., 2003.

5. Лыгин С.А., Гатиятова Г.Ф., Лыгина Р.И. Практико-ориентированный проект «Лихеноиндекация как метод контроля чистоты воздуха», научно- методический журнал «Химия в школе» №4, 2012г

6. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: учеб. Пособие для студентов высш. Учебн. Заведений. – М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2001. – 288с.: ил.

http://www.easyfresh.net/01_zcv.php

http://udoktora.net/znachenie-chistoy-ekologii-dlya-zdorovya-cheloveka-51373/

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Таблицы с результатами исследований чистоты воздуха методом лихеноиндикации.

Таблица 1. Результаты исследования воздуха на улицах села

Исследуемые зоны

Вид деревьев

Количество лишайников

Виды лишайников

Чистота воздуха

парковая зона (расположена в 750 м от дороги)

Каштаны, тополь

Весь квадрат покрыт лишайниками одного вида

Ксантория, золотянка

Воздух чистый

зона деревьев, высаженных у дороги

Каштаны

Ни одного лишайника в квадрате

нет

Воздух загрянен

зона перед школой (территория школы отделена от дороги парковой зоной около 25 м)

Каштаны, липа, березы

Половина квадрата покрыта лишайниками; несколько видов лишайника (2-3)

Золотянки

пармелия

Воздух мало загрязнен

Таблица 2. Зависимость встречаемости лишайников от расстояния до дороги

Встречаемость лишайников

0%

20 %

30%

Расстояние от дороги

0м.

25м

750м

Таблица 3. Цветная реакция различных лишайников на раствор щелочи.

Лишайники

Раствор КОН
Гипогимния вздутая Ярко-жёлтый
Пармелия+

Коричневый

Кладония

жёлтый

Ксантория+

красный

Уснея

бледно-зелёный

Эверина

зелёный

Таблица 4. Лишайники, которые встречаются на территории парка.

Деревья, на которых живут лишайники

Название лишайника

( род )

Тип таллома

Степень распространения

Тополь, каштан

Ксантория

Листовые

Часто

Сосна

обыкновенная, береза

Пармелия

Листовые

Относительно

часто

На земле, камнях , на стволах деревьев

Золотянка

Накипной

Редко

Приложение 2

Таблицы для определения коэффициентов для расчета концентрации окиси углерода(11)

Коэффициент токсичности автомобилей определяется как сред­невзвешенный для потока автомобилей по формуле:

Кт = ∑РiKTi

где: Рi - состав автотранспорта в долях единицы, KTi- определяется по табл. 2.

Таблица 2

Тип автомобиля

Коэффициент Кт

Легкий грузовой

2,3

Средний грузовой

2,9

Тяжелый грузовой дизельный

0,2

Автобус

3,7

Легковой

1,0

Подставив значения согласно заданию или собственно данные получаем:

Кт = 0,1* 2,3+0,182,9+0,05*0,2+0,05*3,7+0,7*1=1,41

Значение коэффициента Ка учитывающего аэрацию местности определяется по табл.3

Таблица 3.

Тип местности по степени аэрации

Коэффициент Ка

Транспортные тоннели

2,7

Транспортные галереи

1,5

Магистральные улицы и дороги с многоэтажной застройкой с двух сторон

1,0

Жилые улицы с одноэтажной застройкой, улицы и дороги в выемке

0,6

Городские улицы и дороги с односторонней застройкой, набережные, эстакады, виадуки, высокие насыпи

0,4

Пешеходные тоннели

0,3

Для магистральной улицы с многоэтажной постройкой Ка=1

Значение Ку, учитывающего изменение загрязнения воздуха окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона, определяем по табл.4.

Таблица 4.

Продольный уклон

Коэффициент Ку

0

1,00

2

1,06

4

1,07

6

1,18

8

1,55

Коэффициент изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра Кс , определяется по табл 5.

Таблица 5.

Скорость ветра, м/сек

Коэффициент Кс

1

2,70

2

2,00

3

1,50

4

1,20

5

1,05

6

1,00

Значение коэффициента Кв, определяющего изменение концентрации окиси углерода в зависимости от относительной влажности воздуха, приведено в табл6.

Таблица 6.

Относительная влажность

Коэффициент Кв

100

1,45

90

1,30

80

1,15

70

1,00

60

0,85

50

0,75

Коэффициент увеличения загрязнения воздуха окисью углерода у пересечений приведен в табл 7.

Таблица 7.

Тип пересечения

Коэффициент Кп

Регулированное пересечение:

- со светофорами обычное

1,8

- со светофорами управляемое

2,1

- саморегулируемое

2,0

Нерегулируемое:

- со снижением скорости

1,9

- кольцевое

2,2

- с обязательной остановкой

3,0

Приложение 3

Результаты подсчета транспорта, проезжающего мимо школы (среднее значение, шт.)

 

8 час

9 час

10 час

11 час

12 час

13 час

14 час

15 час

Лековые автомобили штук

60

43

25

13

9

11

15

 

Грузовые легкие

7

6

8

3

0

1

1

 

Грузовые средние

3

2

2

3

0

1

2

 

Трактор

 

3

       

2

 

Газель

               

Мотороллер

     

2

       

Гужевой транспорт (лошадь)

   

1

         

Приложение 4.

Результаты подсчета транспорта, проезжающего по улице Советской.

 

8 час

9 час

10 час

11 час

12 час

13 час

14 час

15 час

Лековые автомобили штук

3

5

4

6

5

4

6

10

Грузовые легкие

1

0

0

0

0

0

1

0

Грузовые средние

0

0

0

0

0

0

0

0

Трактор

2

0

0

0

1

0

1

0

Газель

0

0

0

0

0

0

0

0

Мотороллер

0

0

0

2

0

0

0

0

Гужевой транспорт (лошадь)

0

0

0

0

0

0

0

0

Приложение 5

Приложение 6

Фотоматериалы

Фото1. Скопления пармелии, ксантории и золотянки на стволах деревьев в парковой зоне (750м от дороги)

Фото 2. Использование рамки 20х20 см для определения площади покрытия лишайником

Фото 3. Цветная реакция различных лишайников на раствор щелочи КОН.

Фото 4. Дорога и парковая зона около школы.

13