Отчёт по выполнению задания "Мониторинг качества атмосферного воздуха"

Отчет 5.1. Выявление степени загрязения атмосферного  воздуха методами биоиндикации в микрорайоне учреждения образования

Дата выполнения: октябрь 2023 года.

Как же реагируют растения на условия загрязнённой среды, можно ли «спросить их о самочувствии»? Задача эта гораздо сложнее, чем в применении к другим живым организмам.

Человек сам может рассказать о своей реакции на окружающую обстановку, оценить, насколько она благоприятна (или неблагоприятна), по своим ощущениям и впечатлениям. У животных - существ, обладающих нервной системой и подвижных, реакция на среду выражается в различных формах поведения - и передвижения из неблагоприятных условий в благоприятные (т. е. можно просто убежать оттуда, где плохо). Поэтому о степени благоприятности условий для того или иного вида судят по численности его популяции в данной обстановке.

Растения же, как существа прикрепленные, могут реагировать на условия лишь одним способом - изменением процессов жизнедеятельности. И поэтому главные сигналы об их «самочувствии» - это различные показатели жизненных процессов (скорость роста, темпы сезонного развития, интенсивность цветения и плодоношения, характеристики основных физиологических процессов - фотосинтеза, дыхания и др.), а также внешний облик растения (размеры, форма роста), особенности строения его органов, долговечность растения в данных условиях. Как мы видим, в ответ на вопрос: «Как чувствуешь себя, растение?» - сигнальной информации поступает немало. Нужно только уметь ее прочесть.

Но вначале, чтобы представить себе, как растения воспринимают влияния городских условий, вспомним некоторые общие положения об особенностях отношений растений с окружающей средой.

Вся структура (архитектоника) растения как фотосинтезирующего организма подчинена задаче получить необходимое количество солнечной энергии и углекислого газа. Понятно, что для этого нужна большая поверхность, воспринимающая солнечные лучи и контактирующая с воздушной средой. И действительно, она очень велика: в растительных сообществах на 1 га территории приходится 5 га и более общей площади листьев. Ясно, что через эту громадную поверхность, испаряется много воды; например, крупная береза теряет ее за день до 400 л. К. А. Тимирязев писал, что растение постоянно находится «между Сциллой голода и Харибдой жажды» (помните двух страшных и прожорливых чудовищ, между которыми должны были проплыть корабли Одиссея?).

Чтобы восполнить потери воды, а также обеспечить себя питательными веществами из почвы, растение и в подземной сфере должно иметь огромную поглощающую поверхность (особенно, если учесть общую поверхность мелких корневых волосков.  Понятно,  что это делает растительные организмы особенно уязвимыми по отношению к разного рода неблагоприятным влияниям среды и в том числе по всевозможным загрязнениям. Ведь через поверхность контакта, кроме необходимых для жизни веществ, поглощаются и различные нежелательные или вредные примеси. Так, очень велика поглотительная способность листьев: на их поверхности оседают пылевые частицы; а система устьиц, служащая для газообмена и испарения влаги, одновременно оказывается «входными воротами» для проникновения загрязнителей. Поглощенные вещества могут накапливаться в растительных тканях и клетках. (И в этом отношении растительная клетка оказывается в менее выгодном положении, чем животная: как известно, она имеет целлюлозную оболочку, которая служит адсорбентом (поглотителем) различных загрязнителей). Особое место среди токсикантов, поглощаемых и накапливаемых растениями, занимают соединения свинца, содержащиеся в выхлопных газах транспорта. Они поступают в растения как непосредственно из воздуха, так и из почвы - своего рода аккумулятора загрязнений.

Большая поглотительная способность растений дает возможность применять их в качестве «живого фильтра» для очистки воздуха.

Но какой ценой достается эта роль самим растениям?

Остановимся лишь на основных жизненных процессах жизнедеятельности растения - газообмене (фотосинтезе и дыхании), водном режиме, минеральном питании, росте. Фотосинтез у растения осуществляется с помощью целой системы специализированных структур -довольно сложно организованной «материальной части» фотосинтеза. Это так называемый фотосинтетический аппарат растения, который включает структуры разного уровня (лист и его ткани, клетки, хлоропласты, детали их внутренней структуры, молекулы хлорофилла). Если оценить развитие фотосинтетического аппарата (а такую оценку можно сделать по разным количественным показателям), то оказывается, что у дерева, растущего в городе, он имеет гораздо меньшую «мощность» и работоспособность, чем у дерева того же вида и возраста в естественном местообитании. В чем это выражается?(рис. 1)

Рис. 1 - По сравнению с лесным (А) у дерева в городе (Б) под влиянием трудных условий жизни слабее развиты фотосинтезирующие структуры на всех уровнях организации фотосинтетического аппарата                                                   (по А. Фролову и Т.Горышиной)

 Под влиянием загрязнения атмосферного воздуха у деревьев нередко снижено содержание необходимого для фотосинтеза зеленого пигмента - хлорофилла. К тому же и сам фотосинтез как физиологический процесс в  условиях загрязнения зачастую идет слабее из-за целого «букета» неблагоприятных факторов: это и ухудшение освещенности, о котором говорилось выше, и закупорка устьиц пылью, и различные загрязнители воздуха, вмешательство которых нарушает отдельные звенья в сложной цепочке биохимических процессов фотосинтеза.

Наиболее общий результат влияния загрязнённых  условий на жизнедеятельность растений - это заметное снижение продолжительности их жизни. Так, если в лесах берёза доживает до 250 лет, ясень - до 250-300, то на улицах,  где  вблизи интенсивное автомобильное движение всего до 40-50 лет.

Иными словами, как раз в ту пору, когда дерево должно давать наибольший декоративный, гигиенический и эстетический эффект, начинается его преждевременное старение. Из-за этого дерево  легко ломается под напором ветра, что в последнее время мы начали замечать, ведь приблизительный возраст деревьев, которые произростают на териитории школы 41 год.

А можно ли судить о «самочувствии» растения в загрязнённых  условиях лишь по его внешнему облику, не углубляясь в тонкости физиологических процессов? Конечно, такая возможность- есть, ибо все описанные выше изменения в жизненных процессах растений не могут не отразиться и на его облике, и на строении его отдельных органов. Мы уже упоминали о том, что у деревьев, котрые подвержены автомобильным выхлопам,  обычно более редкие кроны, короче побеги, меньше площадь листвы в целом и каждого листа в отдельности. Уже в почке зачатки листьев  меньше, чем у  деревьев, которые растут вдали от дороги. Это отставание в размерах увеличивается затем в процессе «открытого роста», когда лист выходит из- под защиты почечных чешуй. Поскольку ежегодный прирост побегов у таки   деревьев снижен из-за торможения фотосинтеза, в кроне формируются более короткие побеги - до 30-50%.

Атмосферные загрязнения могут служить причиной и иных нарушений в росте и ветвлении, например,  иногда у деревьев образуются двойные почки. При обилии таких нарушений у деревьев возникают уродливые формы роста, которые в немецкой литературе получили название «габитус загрязнения».

Не следует думать, что изменения формы растения в загрязнённых условиях происходят лишь в его надземных частях (хотя, конечно, их мы замечаем в первую очередь). Любопытную картину дает раскопка корневых систем - оказывается, они  выглядят не совсем обычно. Так, если дерево растет на краю газона близ асфальта, то у него формируется асимметричная корневая система: в сторону газона протягиваются более длинные и поверхностные, хорошо разветвленные корни, а с противоположной стороны корни в основном идут вглубь и ветвятся лишь до границы асфальта, как бы убегая от него (рис 2). Стоит добавить, что у аких деревьев и кустарников вообще угнетено развитие мелких корней (а именно они и выполняют основную всасывающую работу).

Рис.2 - При раскопке корневых систем ясеня обыкновенного мы узнаем, как трудно приходится дереву на асфальтированной улице. По горизонтальной проекции корней (А) и на вертикальном разнере (Б) хорошо видно, что живые окончания корней в основном сосредоточены в пристволовой лунке, "убегая" из-под слоя асфальта (он заштрихован)

Изучив возможные последствия воздействия загрязнённости воздуха на растения мы изучили природный материал.

Исследования природного материала косвенно указывает на пагубное воздействие автотранспортных выхлопов на состояние древесных растений на пришкольной территории, но именно в той её части, которая прилегает к к школьной территории по улице Шоссейной- а это наша пришкольная территория.

Мы обнаружили:

1.подсыхание листьев по краям,

2.появление на них бурых некротических пятен - участков отмерших тканей

3.скручивание и засыхание листьев.

4. Замедлен рост растений. Мы можем это наблюдать на примере двух участков, которые расположены напротив друг друга. На одном и растительность лучше, и туи растут лучше. С чем это связано? Конечно же с выхлопами газов.

Как мы видим, разница между ними существенная (более редкая крона, короче побеги меньше площадь листвы в целом и каждого листа в отдельности, период цветения намного меньше). Это, конечно, характерно для тех кустарников, которые растут ближе к дороге.

Но не всё так мрачно, к счастью, общее жизненное состояние деревьев и кустарников на пришкольной территории можно оценить как удовлетворительное, так как повреждёнными оказались 33% листьев (из собранных осенью), а все изменения внешнего облика растений касаются тех, которые растут на участках, прилегающих к школьной территории.

Вывод:

1.Состояние  древесных растений и кустарников на пришкольной территории оценивается как удовлетворительное, значит степень загрязнённости атмосферного воздуха в районе школы соответствует санитарным нормам.

2.Поскольку растения выполняют многие важные функции: создают микроклимат, противошумовой эффект, выделяют фитонциды, фильтруют воздух, оказывают эстетическое и познавательное воздействие, необходимо:

• расширять площадь зелёных насаждений;
• использовать выносливые к загрязнённому  воздуху породы деревьев и кустарников (берёза, тополь канадский, сирень, явор);
• бережно относиться к высаженным саженцам древесных растений

Отчет 5.2  Оценить уровень загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами автотранспортных средств (по концентрации углерода) в микрорайоне учреждения образования

Дата выполнения: октябрь 2023 года;

Целевые группы: учащиеся 7-10 классов.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы, картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (СхНу), окислы азота (NOx), бензапирен, альдегиды и сажу. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее:

отработавшие газы содержат 95% СО, 55% СхНу и 98% NOx, картерные газы по - 5% СхНу, 2% NOx, а топливные испарения - до 40% CxHy.

Содержание токсичных выбросов в отработавших газах двигателей.

Основными токсичными веществами - продуктами неполного сгорания являются сажа, окись углерода, углеводороды, альдегиды.

Вредные токсичные выбросы можно разделить на два вида: регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOx, CxHy, RxCHO, S02, сажа, дым.

СО (оксид углерода) - этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СОг на СО и Ог при высоких температурах.

Во время работы дизеля концентрация СО незначительна (0,1... 0,2%). У карбюраторных двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5...8% из-за работы на обогащенных смесях. Это достигается для того, чтобы при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения и сгорания число испарившихся молекул.

NOx (оксиды азота) - самый токсичный газ из отработанных газов.

N2 - Инертный газ при нормальных условиях. Активно реагирует с кислородом при высоких температурах.

Выброс с отработанными газами зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно увеличивается выброс оксидов азота.

Кроме того, температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при горении выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т.е. в таких условиях выделяется меньшее количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для дизельных двигателей состав N0* зависит от угла опережения впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливо воздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т.е. увеличивается количество NOx.

Кроме того, с уменьшением угла опережения впрыска топлива можно существенно снизить выделение оксидов азота, но при этом значительно ухудшаются мощностные и экономические показатели.

Углеводороды (СхНу) - этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. Отработанные газы содержат около 200 разных углеводородов.

В дизельных двигателях СхНу образуются в камере сгорания из-за ге­терогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.

ДВС выбрасывает большее количество CxH_v, когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.

Дым - непрозрачный газ, белого, синего, черного цвета. Цвет зависит от состояния отработанных газов.

Белый и синий дым - это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации.

Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

К факторам, определяющим возникновение белого и синего дыма, а также его запах в ОГ, относятся температура двигателя, метод образования смеси, топливные характеристики (цвет капли зависит от температуры ее образования: при увеличении температуры топлива дым приобретает синий цвет, т.е. уменьшается размер капли). Кроме того, бывает синий дым от масла. Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива. Черный дым состоит из сажи.

Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и расти­тельность.

Сажа - представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3... 100 мкм.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические ус­ловия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом.

Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания,

типа топлива, отношения топливо-воздух.

Содержание сажи в ОГ уменьшается с увеличением угла опережения впрыска топлива, а при уменьшении угла опережения впрыска топлива выделение сажи заметно возрастает.

Количество сажи зависит от температуры в зоне сгорания.

Существуют другие факторы образования сажи - наличие зоны обогащенной смеси и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная турбуленция смеси.

Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц, например, сажа сжигается полностью при размере частиц меньше 0,01 мкм.

(оксид серы) - образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания.

и  H2S - очень опасны для растительности.

Исследования состоянии воздушной среды улицы Шоссейной.

Исследования проводились на этих улицах не случайно. Узовская средняя школа находится на улице Шоссейной, где  и интенсивность движения транспорта велика,  так как  возле школы  "установлены " лежачие полицейские" и находятся  остоновочные пункты. Мы поставили перед собой задачу,  вычислить токсические продукты от работы транспорта, и как они влияют на состояние растений на пришкольной территории.

Для обработки данных о токсичности продуктов от работы транспорта мы воспользовались таблицей среднестатистических данных о составе выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей.

Таблица 1. Состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей (г/мин).

Таблица 2. Результаты измерений (п - число машин, t -время в минутах, к - число остановок перед "лежащим полицейским" и знаком СТОП).

Расчеты проводились по формуле: М= t*n*k (m_co+ m_co₂+ m_no₂+m_сажи)

В ходе работы было выявлено, что в рабочие дни интенсивность движения автотранспорта возрастает с 8.00 до 10.00 ч. и к вечеру после 16.30; По выходным дням и в праздники количество легковых машин на улицах днем бывает больше, чем в рабочие.Количество автомобилей,проезжающих по улице в час, в среднем не превышает предельно допустимого количества (200 авт/час).Для школьников "лежачие полицейские"-это хорошо, т.к. уменьшается вероятность ДТП, но для окружающей среды- это плохо, т.к. при несоблюдении средней скорости бОкм/ч, то есть её уменьшении перед "лежачим полицейским" до минимума, вредные выбросы увеличиваются в 2 раза.

Отчет 5. 4  Выявление причины загрязнения атмосферного воздуха в микрорайоне учреждения образования и разработка памятки по минимизации загрязнения атмосферного воздуха в микрорайоне учреждения образования.

Дата выполнения: октябрь 2023

Целевые группы: 6 класс

Мониторинг атмосферного воздуха является составной частью мониторинга окружающей среды, который представляет собой систему наблюдений за состоянием окружающей среды, оценку и прогноз изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.

По результатам стационарных наблюдений, в целом по городу состояние воздуха оценивается как стабильно хорошее.

Проблема загрязнения воздуха определяется повышенными концентрациями формальдегида, что обусловлено увеличением транспортного потока д.Уза в летнее время, при высоких температурах и безветренной погоде.  Предусмотрен ряд мероприятий, направленных на снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных и мобильных источников. 

Содержание в воздухе свинца, кадмия и бензола находится существенно ниже нормативов качества. 

Для регулирования выбросов вредных веществ в атмосферу в периоды с неблагоприятными метеоусловиями крупным промышленным и автотранспортным предприятиям города направляются предупреждения о возможном увеличении уровня загрязнения воздуха.

В последние годы прослеживается тенденция снижения уровня загрязнения воздуха азота диоксидом и свинцом. По сравнению с 2014 г. концентрации свинца понизились на 59 %, углерода оксида – на 22 %, азота диоксида – на 13 %.

Результаты локального мониторинга выбросов в атмосферный воздух, свидетельствуют о том, что предприятия работают в стабильном режиме, концентрации загрязняющих веществ (оксиды азота, оксиды углерода, оксиды серы и твердые частицы) в выбросах от подавляющего большинства источников находятся в пределах установленных нормативов. Имеющиеся превышения установленных нормативов носили несистемный характер.

Вторым этапом было создание памятки о сохранении чистоты атмосферного воздуха. Наша школа сделала акцент на озеленении школы,   а также  бережного отношения к природе.

Отчет 5.5 Разработать план действий по минимизации загрязнения атмосферного воздуха в микрорайоне учреждения образования учащимися и сотрудниками учреждения образования

Целевая группа: 10 класс;

Дата выполнения: сентябрь 2023 г.

План действий по минимизации загрязнения атмосферного воздуха в микрорайоне учреждения образования учащимися и сотрудниками учреждения образования