Исследование воды и водоемов в условиях школы

Автор Дружинин С.В.

В разработке представлены простые и доступные методики исследования воды и водоемов, не требующие специального оборудования и реактивов. Несмотря на простоту исполнения, методики достаточно надежны, что позволяет получать достоверные результаты анализа как природных, так и сточных вод.

Разработка может быть использована для организации мониторинговых исследований окрестных водоемов в условиях школы, летнего лагеря, биологических, экологических медицинских кружков и факультативов.

Скачать статью /issledovanie_vody_i_vodoemov_v_uslovijakh_shkoly.rar 

Исследование воды и водоемов в условиях школы.

            Научно-исследовательская деятельность учащихся, а точнее сказать учебно-исследовательская, все прочнее внедряется в учебно-воспитательный процесс, в частности в такую из его составляющих, как методы проблемного обучения. В ряде школ создаются целые научные общества. А как же быть учителю и детям, которые и желали бы заниматься исследовательской деятельностью, но в виду объективных причин не могут делать этого в том объеме, как хотелось бы. Интересную и практически значимую тему исследования сформулировать не сложно. Гораздо сложнее бывает разработать методику исследования. Причины тому две. Первая – это отсутствие информации (литературы) по методике исследования. И даже если такая литература находится, то зачастую в ней дается методика, соблюдение которой не возможно в условиях школы из за ее сложности и отсутствия оборудования и реактивов. Здесь как раз названа и вторая причина – отсутствие оборудования и реактивов. Конечно, сейчас они не являются дефицитными, но каждая ли школа может позволить себе приобрести их?

            Анализируя содержание конкурсных исследовательских работ в областях естественных наук (исследование воды, атмосферы, источников загрязнений, микроорганизмов и т.п.), приходишь к выводу, что большинство их них выполнены при участии ученых вузов, студентов и с использованием современного и дорогого оборудования, которое совершенно недоступно школам, не имеющим подобных контактов с высшими и специальными учебными заведениями. А таких школ большинство. Представьте, как повысилось бы количество исследовательских работ школьников, будь у них и их учителей простые и доступные методики исследований!

            Учитывая изложенные выше обстоятельства, методики исследований, используемые учащимися и учителем, должны быть максимально адаптированы для школы, и в то же время быть достаточно точными, объективными и научными.

            Ниже предлагается материал, помогающий провести исследование водоема (пруда, реки, озера), или вод колодца, родника, водопровода. Приведенные методики исследования в большинстве своем просты и доступны, но не смотря на простоту являются точными и объективными. Большая часть из них используется и сейчас для проведения исследований водоемов учеными. Из предлагаемых методик, можно выбрать те, которые необходимы для выполнения конкретной работы. Возможно, что сложнее покажется определение в воде растворенного кислорода, но при детальном изучении материала и сотрудничестве с учителем химии проблема вполне разрешима. Следует сказать, что определение содержания в воде растворенного кислорода нельзя игнорировать при исследовании степени эвтрофирования, т.к. по этому показателю можно судить и о степени трофии и об уровне загрязнения биогенными элементами и о наличии (отсутствии) в воде тех или иных групп организмов.

            Остается добавить, что все приведенные методики исследования были опробованы в условиях школы, при этом не понадобилась дополнительная закупка какого либо оборудования и реактивов к уже имеющимся.   

 

 

 

            1.         Эвтотрофирование водоемов.

Каждое озеро имеет свою историю. На протяжении веков, тысячелетий происходит его медленное изменение, неуклонно приводящее к повышению уровня его трофии, т.е. к повышению уровня образования органического вещества. Из первоначально олиготрофных они превращаются в мезо-  и эвтрофные. Олиготрофные водоемы характеризуются очень слабым протеканием процессов образования органического вещества, низким его содержанием в донных отложениях, высоким насыщением воды кислородом. Мезо-  и эвтрофные водоемы имеют высокую скорость образования органического вещества за счет массового развития водорослей, интенсивно накапливающие его в илах, дефицит или отсутствие кислорода в глубинных слоях воды, наличие восстановленных соединений – сероводорода, аммиака, метана и т.д.

            Естественные изменения водоемов на протяжении сотен и тысяч лет связаны с их обогащением азотом, фосфором, калием, кремнием, органическим веществам и др. Все эти соединения вносились в озера с прилегающих к ним территорий реками, ручьями. Таким образом, в современную геологическую эпоху образовалось огромное разнообразие озер, характеризующихся разной степенью трофии.

            В науке существует понятие – эвтотрофирование, которое означает повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов. Какие же биогенные элементы вызывают развитие процесса эвтотрофирования? Для жизнедеятельности водорослей необходимо 19 биогенных элементов. К наиболее важным относятся натрий, кальций, фосфор, магний, кремний, азот, сера. Однако из всех перечисленных химических веществ лишь фосфор играет главенствующую роль, дает толчок к развитию процесса эвтотрофирования. Наряду с первостепенной ролью фосфора, азот так же является важнейшим элементом, вызывающим данный процесс.

            Эвтотрофирование в водоемах протекает за разные промежутки времени. Скорость протекания этого процесса зависит не только от обогащения водоема биогенными веществами, но и от ряда других факторов, наиболее значимыми из которых являются размеры водоема, глубина, скорость водообмена (или проточность) озера, климатические условия.

            Процесс эвтотрофирования может значительно ускорится за счет деятельности человека. Каковы же источники веществ вызывающих антропогенное эвтотрофирование? Прежде всего, выделяют два типа источников – стоки сельского хозяйства и городские сточные воды. Сельскохозяйственная деятельность включает два главных источника – это поступление азота и фосфора в результате применения минеральных удобрений и за счет сброса органических стоков животноводческих ферм. Городские сточные воды содержат хозяйственно – бытовые, промышленные, канализационно – сливные стоки. Хозяйственно – бытовые стоки включают продукты обмена веществ человека, пищевые отходы, хозяйственные загрязнения в результате стирки, уборки и т.д. Значительная часть фосфора, находящаяся в бытовых стоках, поступает с моющими порошками. Кроме того, хозяйственно – бытовые стоки опасны в санитарном отношении, так как содержат возбудителей инфекционных заболеваний.

 Накопление фосфора вызывает изменения в сложившемся балансе элементов и функционировании экосистемы. Интенсивное развитие зеленых и сине-зеленых водорослей вызывает сначала увеличение количества зоопланктона и рыб. Но затем начинают преобладать несъедобные для рачков сине-зеленые водоросли, и происходит накопление в воде органического вещества. Большое количество органического вещества в воде приводит к исчезновению кислорода и заморным явлениям, что грозит катастрофическими процессами для экосистемы. Сначала исчезают оксифильные рыбы, т.е. чувствительные к недостатку кислорода в воде, затем и все остальные. Так к оксифильным рыбам можно отнести форель, а, например карась наиболее устойчив к недостатку кислорода. Накапливающиеся в водоеме вещества являются токсическими и даже патогенными для животных и людей. Вода приобретает неприятный запах и становится непригодной для питья, купания и использования в других целях.

 

2.                  Что такое «чистая вода».

Экологические критерии чистой воды предусматривают возможность значительных колебаний физических свойств и химического состава, которые обусловлены географическими и геохимическими особенностями территории водосбора. В этом плане в числе чистых вод рассматриваются и воды болот, невзирая на их высокую цветность, и воды соляных озер, несмотря на их высокую степень минерализации. Эти воды чистые, потому что их свойства сформировались в результате многовековых природных процессов, а не под влиянием деятельности человека.

 

3.                  Физические и химические показатели качества воды. Их характеристика и определение.

Температура. Температура не является показателем качества воды, однако она определяет скорость химических и биологических процессов, происходящих в водоеме.

Определяется с помощью спиртового или ртутного термометра. Для определения температуры на разных глубинах пользуются батометром. В простейшем варианте он представляет собой емкость с узким горлышком, закрытую пробкой с привязанной к ней веревкой. За одну веревку емкость погружается на необходимую глубину, после чего резким рывком за вторую веревку из емкости извлекается пробка. Срабатывание батометра определяется по наличию поднимающихся к поверхности пузырьков воздуха. После этого емкость поднимается на поверхность и сразу же производится замер температуры. Следует помнить, что с помощью батометра нельзя брать пробы воды для определения содержания кислорода, т.к. в процессе забора пробы происходит интенсивное перемешивание воды с воздухом, и содержание кислорода в пробе возрастает.

 

Запах. Пресные природные водоемы не имеют вкуса и запаха. Привкусы и запахи могут появиться от развития в воде некоторых водорослей, а так же за счет разложения органического вещества. Специфический запах болотной воды вызывается продуктами распада растительных веществ. Источником запаха так же могут быть сточные воды. Запах является объективной характеристикой восстановительной способности воды водоема. Запах сероводорода говорит о наличии восстановительных процессов. Запах аммиака может характеризовать степень антропогенного загрязнения водоема. Вода с выраженным запахом является благоприятной средой для роста и развития специфических групп бактерий, но не пригодна для жизни большинства других микроорганизмов.

Запах определяют при 20 градусах Цельсия и при 60. Для этого пользуются емкостью с широким горлышком. Интенсивность определяют разбавлением пробы дистиллированной водой до исчезновения запаха. Запах оценивают в баллах по приведенной шкале.

0 – нет запаха.

1 – очень слабый (чувствуется, что есть, но определению не поддается).

2 – слабый (обнаруживается, если специально обращать внимание на наличие запаха).

3 – заметный (возможно дать характеристику и сказать «чем пахнет»).

4 – отчетливый (обращает на себя внимание и делает воду неприятной для питья).

5 – сильный (делает воду непригодной для питья).

Дополнительно запах описывается словесно. Например – землистый, фекальный, гнилостный, плесневый, тухлый, болотный и т.п.

            В некоторых случаях запах может указывать на наличие в водоеме определенных организмов. Так запах огурцов указывает на присутствие организмов – Synura, пеларгонии -    Asterionella, фиалки – Mallomonas, свинарника – Anabaena.

Интенсивность запаха воды, подаваемой хозяйственно – питьевыми водопроводами не должна превышать 2 баллов. И, в любом случае, какой бы низкий балл по запаху не имела вода из открытых источников, ее нельзя пить, предварительно не вскипятив, или не продезинфицировав.

Читать дальше