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

ИЗУЧЕНИЯ УРОВНЯ ЗАПЫЛЁННОСТИ ВОЗДУХА НА ТЕРРИТОРИИ ФГКОУ «ОРЕНБУРГСКОЕ ПРЕЗИДЕНТСКОЕ КАДЕТСКОЕ УЧИЛИЩЕ»
Машакаев Н.Р.
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

Город Оренбург - один из крупнейших городов России. Он расположен на юго-востоке Восточно-Европейской равнины, на юге степной зоны страны и является одним из крупных промышленных центров страны.

По данным Оренбургской ЦГСМ уровень загрязнения атмосферы в городе – повышенный[3]. В атмосфере Оренбурга отмечается повышенное содержание многих веществ, в том числе и пыли. Это можно объяснить как природными, так и антропогенными факторами.

Запыленность воздушного бассейна максимальна в центральной части города, что объясняется особенностями планировки, недостаточностью зеленых насаждений, высокой концентрацией транспорта.

В центре города Оренбурга находится и ФГКОУ «Оренбургское президентское кадетское училище», ближайшее окружение которого характеризуется наличием крупных улиц, по которым ежедневно перемещается большое количество автотранспорта, являющимися источниками опасных веществ и оказывающими негативное влияние на качество воздуха.

В данной исследовательской работе изучается вопрос запыленности воздуха на территории ФГКОУ «Оренбургское президентское кадетское училище» и его возможного влияния на здоровье кадет.

Актуальность проблемы связана с поглощением организмом из окружающей среды различных веществ, в том числе содержащихся в воздухе и их возможном отрицательном влиянии на здоровье. При большей активности организма, что выражается в учащение дыхания, поглощения больших объемов воздуха, усилении работы сердца и увеличении скорости кровотока, происходит более быстрому распространению веществ внутри организма их поглощению работающими тканями и клетками. Поэтому вдыхание большого количество загрязнённого воздуха приводит к отрицательному воздействию на организм.

Данное положение явилось основой для выбора темы исследования:

Влияние уровня запылённости территории училища на здоровье кадет.

Объект исследования: Воздух на территории училища

Предмет исследования: Распределение запылённости воздуха на здоровье человека.

Гипотеза - Если изучить запыленность воздуха на территории училища, то можно предложить наиболее безопасные места для проведения физкультурных мероприятий.

Цель - изучение воздуха на территории ФГКОУ «Оренбургское президентское кадетское училище» и выявление наиболее безопасных мест для проведения физической зарядки.

Задачи:

1) На основе литературных данных изучить вопрос запылённости воздуха и его влияние на здоровье человека.

2) На основе полевых исследований изучить запылённость воздуха на территории училища.

3) Провести математическую обработку полученных данных.

4) На основе имеющейся информации выявить места для наилучшего проведения физкультурных мероприятий на территории училища.

Методы исследования: Математический метод, анализ, сравнение и полевой метод.

Практическая значимость проекта: полученный материал и рекомендации можно использовать для выбора местпроведения физкультурных мероприятий на открытом воздухе. Перспективы дальнейшего исследования связаны с изучением характера распространения пылевых частиц по территории училища.

Глава 1.Запыленность воздуха.

Параграф 1.1. Источники и классификация пылевых частиц.

Запыленность воздуха – важнейший экологический фактор, сопровождающий нас повсюду. Пылью считаются любые твердые частицы, взвешенные в воздухе.

Каждый день в мире возникают миллионы тонн пыли. Большая часть (примерно 2/3) образуется естественным способом, оставшаяся треть возникает в результате жизнедеятельности человека. Если рассматривать именно последнее, то это пепел, осадки, возникающие при горении газа, нефти и т.д. – остатки топлива. [4]

Источниками пыли естественного происхождения являются: вулканические извержения (вулканическая пыль), пыльные бури, лесные (мелкий пепел), степные, торфяные пожары, разрушение и выветривание горных пород, испарение с поверхности морей, а также космическая пыль. Нужно обязательно вспомнить про пустыни – невероятный по масштабам производитель пыли на Земле.

Пыли можно подразделить на две большие группы. Мелкодисперсная пыль, состоящая из легких и подвижных частиц размером до нескольких десятков и сотен микрон (1 микрон равен 10-3 мм). Такая пыль может находиться в воздухе длительное время – «витать». Она попадает с воздухом в легкие при дыхании, может накапливаться в организме.[2]

Крупнодисперсная пыль, состоящая из тяжелых и малоподвижных частиц. Такая пыль быстро выпадает из воздуха при отсутствии ветра, образуя пылевые отложения (например, на шкафу, на поверхности листьев деревьев, на поверхности травы, на внешней части подоконников).

Изучение запыленности воздуха по загрязнению листьев актуально потому, что зеленые насаждения в городской среде играют важную роль очистителя воздуха, осаждая на своей поверхности частицы пыль.

Параграф 1.2. Запылённость воздуха как фактор, влияющий на здоровье.

Безвредных пылей не существует. Опасность пыли для здоровья человека определяется их природой и концентрацией в воздухе. Отложения пыли являются источниками вторичного загрязнения воздуха. В 1 см3 воздуха в закрытом помещении может содержаться до 106 пылинок различного размера, природы и степени опасности. Пыль может содержать органические вещества (частицы биогенного происхождения – растительного, животного и антропогенного) и неорганические вещества (частицы почвы, строительных материалов, синтетических моющих средств, различных химических веществ и др.). На пылевых частицах могут поселяться вредные микроорганизмы, адсорбироваться еще более мелкие частицы вредных веществ (например, тяжелых металлов, органических соединений). Наиболее токсичны пыли, содержащие сложные белковые молекулы и простейшие организмы (живые и отмершие) – например, пыль белково - витаминного концентрата, пыль хитинового покрова отмерших бытовых насекомых – мух, тараканов, муравьев и т.п. Такие пыли вызывают аллергические заболевания, как при вдыхании, так и при попадании на кожу (при контакте). Некоторые виды пылей могут создавать взрывоопасные смеси с воздухом (древесная, хлопковая, мучная и т.п.). Очень важно уметь оценивать качество воздуха по содержанию в нем пыли, зная ее разнообразие и представляя экологическую опасность.

Обязательный и довольно опасный компонент домашней пыли – пылевые клещи. Они встречаются вне зависимости от частоты уборки и особенностей образа жизни. Это живые организмы, которые видны только под микроскопом, их среда обитания – пыль. Несколько десятков видов этих насекомых могут спровоцировать аллергию, астму и т.д.

Заключение к 1 главе:В воздухе постоянно содержится определенное количество пылевых частиц. Чаще всего они имеют естественное происхождение. От размера и веса пылевых частиц зависит время их нахождения в воздухе и скорость оседания на поверхность.

Накопление пылевых частиц происходит на плоских поверхностях, которыми являются листья растений или поверхности искусственных сооружений.

Пыль оказывает негативное влияние на организм человека. В зависимости от концентрация и классификации пылевых частиц у человека могут развиться различные заболевания дыхательных путей и кожи.

Глава 2

Параграф 2.1. Методика проведения исследования.

Для изучения запыленности училища мы использовали методику, приведенную в «Экологическом практикуме» [2] В ходе работы по сбору и обработке образцов данная методика была усовершенствована:

  1. На первом этапе исследования был осуществлен сбор листьев с зелёных насаждений на разных участках территории училища (у дороги, у жилых корпусов, в глубине зеленой зоны) и, по возможности, на разной высоте. На этикетках зафиксирована информация о месте произрастания и высоты нахождения листа.

  2. Далее к поверхности листовой пластинки приложили клейкую ленту и получили отпечаток поверхности листа. Полученные отпечатки были изучены с помощью микроскопа под разным увеличением.

  3. В ходе микроскопического исследования нами были изучены форма и размеры пылевых частиц, их количество и распределение по поверхности образца. С помощью цифровой USB камеры «Аltami» 0,35Мпикс сделаны фотографии отпечатков.

  4. Используя метод «Конверта» (Приложение 1) был произведен подсчёт количества пылевых частиц зафиксированных на клейкой ленте и вычислено среднее арифметическое значение количества пылевых частиц. Одновременно изучалось распределение пыли по поверхности отпечатка.

  5. В ходе исследования нами получена следующая информация:

  • формы и размеры пылевых частиц присутствующих в воздухе на территории училища,

  • состав пылевых частиц

  • распределение пылевых частиц по образцам

  • произведен подсчет запылённости воздуха территории училища

  • распределение пыли по территории училища

  • зависимость степень запылённости воздуха от типа погоды и сезона года

Нами был проведён сбор проб пыли 3 раза за период исследования, в октябре, ноябре и в феврале. В первый раз сбор образцов был произведён с поверхности листьев растений растущих на разном расстоянии от проезжей части улиц, окружающих территорию училища. Повторный сбор пыли осуществлялся с плоских поверхностей объектов расположенных в местах сбора первичных образцов. Точки сбора показаны на картосхеме (Приложение 2)

Принципом отбора точек на территории училища послужило их размещение на территории училища относительно проезжей части, улиц. Точка №1 размещены в части примыкающей к улице маршала Жукова, точки №2 и №3 расположены в центральной части училища. Точка №4 расположена в районе КПП, на территории с наибольшей густотой древесной растительности. Одновременно, на территории училища были размещены отрезки клейкой ленты, для улавливания пылевых частиц из воздуха. Они были прикреплены к элементам растительности, на их клейкую поверхность налипали частицы, содержащиеся в воздухе. Сбор материала проходил в течение четырех суток.

Сбор образцов осуществлялся в разные сезоны года и в разные погодные условия, таким образом, изучалось возможное влияние погодных условий на степень запыленности территории.

Параграф 2.2 Состояние запылённости территории училища.

Данные полученные нами в ходе изучения образцов, для удобства анализа были сведены в таблицы, представленные ниже.

С целью математического анализа была использована следующая формула: Q = A * B : C, где А – это среднее арифметическое значение, В –это площадь образца, С –это площадь поля зрения микроскопа.

Наблюдение 1. 19.10.2016 года. Характеристика погоды: сбор образцов производился при температуре 20С, в условиях ветреной, пасмурной, с малым количеством осадков погоды. Ветер восточного направления, скоростью 5м./cек.[1]

Сбор листьев был произведен с различной высоты:

Точка 1. Алея 165 см

Точка 2. Фонтан 140 см.

Точка 3. .Пруд 200 см.

Точка 4. КПП 150 см.

Таблица № 1.

Номер точки

Образца

S точки

Количество пылевых частиц в точке измерения на образце

Среднее арифметическое значение количества пылевых частиц.

Количество пылинок на образце

1

2

3

4

5

I

4800мм2

12,6

120

110

95

87

98

102

38 880

II

4800мм2

12,6

62

70

74

65

75

69,2

26 361

III

4800мм2

12,6

41

38

35

42

44

40

15 238

IV

4800мм2

12,6

50

49

52

58

51

52

19 809

Наблюдение 2. 14.02.2017 года. Характеристика погоды: сбор образцов производился при температуре -110С, в условиях ветреной, ясной, погоды. Ветер южного направления, скоростью 6м./cек[1].

Сбор пыли был произведен с различной высоты:

Точка 1. Аллея 180 см.

Точка 2 Фонтан 140 см.

Точка 3. .Пруд 200 см.

Точка 4. КПП 160 см.

Таблица № 2

Номер точки

образца

точки

Количество пылевых частиц в точке измерения на образце

Среднее арифметическое значение количества пылевых частиц.

Количество пылинок на образце

1

2

3

4

5

   

I

4800мм2

12,6

77

90

84

65

70

74

28 190

II

4800мм2

12,6

67

72

40

57

54

58

22 095

III

4800мм2

12,6

40

41

35

33

30

35,8

13 639

IV

4800мм2

12,6

40

53

48

33

51

45

17 143

Наблюдение 3. 15.11.16 года. Характеристика погоды: сбор образцов производился при температуре 60С, в условиях маловетреной, пасмурной, с небольшим количеством осадков погоды. Ветер восточного направления, скоростью 3.4м./cек. В течение периода сбора пылевых частиц погода существенно не изменялась.[1]

Сбор пыли на клейкую ленту, которые висели четверо суток, был произведен с высоты 200 см. над поверхностью.

Точка 1. Пруд

Точка 2. Аллея офицеров

Таблица № 3.

Номер точки

образца

точки

Количество пылевых частиц в точке измерения на образце

Среднее арифметическое значение количества пылевых частиц.

Количество пылинок на образце

1

2

3

4

5

I

4800мм2

12,6

91

72

88

43

84

75,6

28 800

II

4800мм2

12,6

44

45

35

33

56

42,6

17 000

На большинстве изученных образцов форма пылевых частиц схожая, окатанная, что говорит об их неорганическом происхождении.

Распределение пылевых частиц по поверхности образцов равномерное. Средняя концентрация пылевых частиц в точке №1 превышает таковую на других точках. В точке №3 средняя концентрация пылевых частиц наименьшая по сравнению с остальными.

Следовательно, в точке №1 наблюдается наибольшая запылённость воздуха, что объясняется её близким расположением к проезжей части улицы маршала Г. К. Жукова. В образцах, взятых в точке №1, отмечено максимальное количество пылевых частиц неорганического происхождения. В точке №3 наблюдается наименьшая запылённость воздуха, что можно объяснить её отдалённостью от улиц, окружающих территорию училища. В образцах, взятых в точке №3, отмечено максимальное количество пылевых частиц органического происхождения.

Во время первого сбора пылевых частиц с поверхности листовых пластинок наблюдался циклонический тип погоды, что должно было способствовать снижению концентрации пыли в воздухе. Вторично сбор пылевых частиц проводился в зимний период времени в условиях антициклональной погоды, что должно было привести к увеличению концентрации пылевых частиц в воздухе.

Однако учитывая сезон сбора, середина осени, снижение количества листьев и травянистого покрытия, запылённость воздуха выше в осенний период времени.

Точного размера пылевых частиц определить не удалось т. к. отсутствует необходимое оборудование. Но относительные размеры частиц можно установить, анализируя сделанные электронные фотографии. Преобладают частицы меньших размеров, что позволяет предположительно соотнести их к группе мелкодисперсной пыли. Большее количество подобных пылевых частиц было получено при сборе образцов с поверхности листовых пластинок в осенний период времени.

Заключение к 2 главе.Таким образом, установлена различная степень запылённости территории училища с максимальными значениями в периферийной части и её снижением в центре.

В образцах отмечено преобладание мелкодисперсной пыли, особенно в осенний период времени.

Следовательно, мы можем выдвинуть следующие предложения:

  1. предложить наиболее безопасный маршрут для проведения утренней физической зарядки и места проведения других физкультурных мероприятий;

  2. внести изменения в систему озеленения территории училища.

Заключение

Маршрут утренней физической зарядки должен пролегать максимально близко к центральной части училища, где отмечается наименьшая степень концентрации пылевых частиц в воздухе. В течении суток высокая степень запылённости воздуха наблюдается во время утреннего и вечернего часа пика. Мелкодисперсная пыль, которая преобладает в полученных образцах, имеет способность долго витать в воздухе, что объясняет её высокую концентрацию во время утренней физической зарядки. Мелкодисперсная пыль наиболее опасна для здоровья, так как в силу микроскопических размеров частиц её составляющих, она проникает в слизистые оболочки, где накапливается со временем и может вызвать серьёзные заболевания.

Спортивный городок 2 учебного курса находится в периферийной части территории училища, где отмечена наибольшая концентрация пылевых частиц, а, значит, возможно наибольшее проникновение пыли в организм при выполнении физических упражнений. Это зависит не только от концентрации частиц, но и от частоты дыхательных движений и объёма вдыхаемого воздуха.

Настоящий маршрут утренней физической зарядки также проходит по территории, где была зафиксирована высокая концентрация пыли в воздухе, что будет оказывать негативное влияние на здоровье.

Поэтому нами предлагается новый маршрут для проведения утренней физической зарядки, который обходит места с высокой концентрацией пыли. (Приложение 3)

Предлагаемвдоль улицы маршала Г.К. Жукова на территории училища создать трёхъярусную систему озеленения. Нижний ярус состоит из газона, где будет оседать крупнодисперсная пыль и металлы. Средний ярус представлен кустарниками, которые будут задерживать крупнодисперсную пыль, так и часть мелкодисперсной пыли. Верхний ярус образован древесной растительностью, которая способствует улавливанию мелкодисперсной пыли из воздуха.

Таким образом, предлагаемые мероприятия позволят снизить запылённость территории училища и уменьшить вредное влияние пыли на здоровье кадет.

Гипотеза выдвинутая в работе доказана, поставленные задачи выполнены, цель достигнута.

Список литературы

  1. «Архив погоды в Оренбурге». – Режим доступа: URL: http://www.eurometeo.ru/russia/orenburgskaya-oblast/orenburg/archive/201612/

  2. Муравьев А.Г., Пугал Н.А., Лаврова В.Н. Экологический практикум: Учебное пособие с комплектом карт-инструкций / Под ред. к.х.н. А.Г. Муравьева. – 2-е изд., испр. – СПб.: Крисмас+, 2012. – 176 с.: ил.

  3. «О состоянии и загрязнении окружающей среды на территории деятельности Оренбургского ЦГМС – филиала ФГБУ «Приволжское УГМС» в 2015 году». - Режим доступа: URL: http://www.pogoda-sv.ru/docs/ecology_info/ecology_review/oren_2013.pdf

  4. «Откуда берется пыль в квартире и как с ней бороться?». – Режим доступа: URL: http://rainbow-center.ru/art/domashnejaja_pyl/pyl_v_kvartire.html

Приложение 1 Метод почтового конверта

Приложение 2

Приложение 3