Журнал лабораторных работ
по экологии
Выполнил: студенты гр. БОС-11-31 Ишемгулова Г.
Мухамедьянова К.М.
Сафаргалеева А.В.
Иванов Г.А.
Проверил: доцент, к.т.н. Асфандиярова Л.Р.
2012
Содержание
1. Лабораторная работа №1 2
«Моделирование механизма «парникового эффекта»»
2. Лабораторная работа №2 10
«Влияние механического состава почвы на влагаемость и водопроницаемость»
3. Лабораторная работа № 3 19
«Моделирование кислотных дождей
4. Лабораторная работа №4 24
«Оценка количества выбросов вредных веществ от автотранспорта
Лабораторная работа №1
Моделирование механизма «парникового эффекта»
1. Теоретическая часть
Глобальные экологические проблемы, связанные с загрязнением атмосферы.
К глобальным экологическим проблемам в связи загрязнением атмосферы многие ученые относят:
· нарушение озонового слоя;
· парниковый эффект:
· кислотные дожди;
· смоги.
Парниковый эффект – это задержка атмосферой Земли теплового излучения планеты. Парниковый эффект наблюдал любой из нас: в теплицах или парниках температура всегда выше, чем снаружи. То же самое наблюдается и в масштабах Земного шара: солнечная энергия, проходя через атмосферу нагревает поверхность Земли, но излучаемая Землей тепловая энергии не может улетучиться обратно в космос, так как атмосфера Земли задерживает ее, действуя наподобие полиэтилена в парнике: она пропускает короткие световые волны от Солнца к Земле и задерживает длинные тепловые (или инфракрасные) волны, излучаемые поверхностью Земли. Возникает эффект парника. Парниковый эффект возникает из-за наличия в атмосфере Земли газов, которые обладают способностью задерживать длинные волны. Они получили название «парниковых» или «тепличных» газов.
Парниковые газы присутствовали в атмосфере в небольших количествах (около 0,1%) с момента ее образования. Этого количества было достаточно, чтобы поддерживать за счет парникового эффекта тепловой баланс Земли на уровне, пригодном для жизни. Это так называемый естественный парниковый эффект, не будь его средняя температура поверхности Земли была бы на 30°С меньше, т.е. не +14° С, как сейчас, а -17° С.
Естественный парниковый эффект ничем не грозит ни Земле, ни человечеству, поскольку общее количество парниковых газов поддерживалось на одном уровне за
счет круговорота природы, более того, ему мы обязаны жизнью.
Но увеличение в атмосфере концентрации парниковых газов приводит к
усилению парникового эффекта и нарушению теплового баланса Земли. Именно это и произошло в последние два столетия развития цивилизации. Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн парниковых газов в год.
Парниковый эффект – подъем температуры на поверхности планеты в результате тепловой энергии, которая появляется в атмосфере из-за нагревания газов. Основные газы, которые ведут к парниковому эффекту на Земле – это водяные пары и углекислый газ.
Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем она есть сейчас. Однако при повышении концентрации парниковых газов увеличивается непроницаемость атмосферы для инфракрасных лучей, что приводит к повышению температуры Земли.
Основным парниковым газом является углекислый газ, на его долю приходится до 60% парникового эффекта. Другими парниковыми веществами являются хлорфторуглеводороды, метан, оксиды азота, тропосферный озон, а также аэрозоли, пары воды.
Экологическая проблема парникового эффекта заключается в том, что содержание парниковых газов в атмосфере растет в связи с антропогенной деятельностью. В природной биосфере содержание углекислого газа в воздухе поддерживалось на одном уровне, так как его поступление равнялось удалению. В связи с вырубкой лесов и сжиганием ископаемого топлива это равновесие нарушается.
В настоящее время из-за парникового эффекта средняя температура на нашей планете увеличилась, в среднем на 0,6о С. Если в дальнейшем будет сохранено существующее положение с вырубкой лесов и сжиганием топлива, то концентрация углекислого газа к 2050 году может удвоиться. Климатологи прогнозируют среднее
потепление в таком случае на 1,5 – 4,5о С. Такое потепление вызовет таяние полярных льдов и горных ледников, подъем уровня мирового океана (уровень
мирового океана может подняться на 1,5 м), что приведет к затоплению обширных прибрежных территорий суши.
Влияние потепления также скажется на режиме осадков, по прогнозам в северных районах их количество может снизиться на 40%, это может привести к развитию пустынь.
Последствия парникового эффекта
1. Если температура на Земле будет продолжать повышаться, это окажет серьезнейшее воздействие на мировой климат.
2. В тропиках будет выпадать больше осадков, так как дополнительное тепло повысит содержание водяного пара в воздухе.
3. В засушливых районах дожди станут еще более редкими и они превратятся в пустыни в результате чего людям и животным придется их покинуть.
4. Температура морей также повысится, что приведет к затоплению низинных областей побережья и к увеличению числа сильных штормов.
5. Повышение температуры на Земле может вызвать поднятие уровня моря так как:
а) вода, нагреваясь, становится менее плотной и расширяется,
расширение морской воды приведет к общему повышению уровня моря;
б) повышение температуры может растопить часть многолетних льдов, покрывающих некоторые районы суши, например, Антарктиду или высокие горные цепи.
Образовавшаяся вода в конечном итоге стечет в моря, повысив их уровень. Следует, однако, заметить, что таяние льда, плавающего в морях, не вызовет повышение уровня моря. Ледяной покров Арктики представляет собой огромный слой плавучего льда. Подобно Антарктиде, Арктика также окружена множеством айсбергов.
Климатологи подсчитали, что если растают гренландские и антарктические ледники, уровень Мирового океана повысится на 70-80м.
6. Сократятся жилые земли.
7. Нарушится водосолевой баланс океанов.
8. Изменятся траектории движения циклонов и антициклонов.
9. Если температура на Земле повысится, многие животные не смогут адаптироваться к климатическим изменениям. Многие растения погибнут от недостатка влаги и животным придется переселится в другие места в поисках пищи и воды. Если повышение температуры приведет к гибели многих растений, то вслед за ними вымрут и многие виды животных.
Кроме отрицательных последствий глобального потепления, можно отметить несколько положительных. На первый взгляд более теплый климат представляется благом, так как могут уменьшаться счета за отопление и увеличение продолжительности вегетационного сезона в средних и высоких широтах. Увеличение концентрации диоксида углерода может ускорить фотосинтез.
Кисло́тный дождь — все виды метеорологических осадков — дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при котором наблюдается понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (обычно — оксидами серы, оксидами азота)
Причины кислотных дождей.
Основной причиной возникновения кислотных дождей есть наличие в составе атмосферы нашей планеты двуокиси азота NO2 и двуокиси серы SO2, эти элементы вступают в химическую реакцию с кислородом, и в последующим с водой как результат образуется соответственно азотная и серная кислоты, которые попадают на поверхность земли в виде кислотных дождей и оказывают негативное влияния на абсолютно все живые организмы и всю экосистему в целом.
Причины кислотных дождей – способы борьбы с ними.
Чтобы бороться с кислотными дождями необходимо сократить выбросы кислотообразующих элементов электростанциями. А для этого нужно: очистка угля от серы или использовать низкосернистый уголь, произвести усткоторые очищали бы все выбросы в атмосферу, использование в большей степени альтернативных источников энергии.
2. Практическая часть
Лабораторная работа №2
Цель: моделирование механизма «парникового эффекта»
Оборудование: прозрачная коробка или аквариум; песок (почва); пульверизатор с водой; термометр; лампа накаливания.
Методика выполнения работы:
1.Насыпали на дно прозрачного небольшого аквариума темный грунт слоем 2-3 см. Увлажняли песок водой из пульверизатора.
2. Установили в грунт термометр на картонной подставке шариком вверх. Накрыли аквариум прозрачной крышкой. Установили лампу в 20-30 см над сосудом таким образом. Чтобы свет падал на шарик термометра.
3. Выключили лампу, дали температуре установиться на уровне комнатной. Отметили значение комнатной температуры. Оставили крышку на сосуде, включили лампу и фиксировали значения температуры по термометру через каждую минуту в течении 20 минут.
4. Выключили лампу, дали температуре упасть до комнатной. Снова увлажняли грунт водой и повторяли эксперимент, снимая крышку с сосуда.
Повторяли все этапы работы, заменяя темный грунт светлым.
Обработка результатов и выводы.
(табл №1)
Изменение температуры грунта в зависимости от времени.
| Время, мин | Температура, С0 | |||
| Темный грунт | Светлый грунт | |||
| Без крышки | С крышкой | Без крышки | С крышкой | |
| 24,0 | 24,0 | 24,0 | ||
| 24,4 | 24,4 | 23,7 | 24,9 | |
| 24,1 | 24,9 | 24,2 | 25,3 | |
| 24,2 | 25,6 | 24,5 | 26,1 | |
| 24,6 | 26,0 | 24,9 | 26,5 | |
| 25,7 | 26,4 | 25,2 | 26,8 | |
| 24,8 | 26,7 | 25,5 | 27,1 | |
| 25,2 | 27,0 | 25,9 | 27,3 | |
| 25,5 | 27,4 | 26,3 | 27,5 | |
| 25,8 | 27,5 | 26,7 | 27,7 | |
| 26,1 | 27,7 | 27,1 | 27,8 | |
| 26,5 | 27,8 | 27,5 | 28,0 | |
| 26,8 | 27,9 | 27,8 | 28,2 | |
| 27,2 | 28,1 | 28,2 | 28,4 | |
| 27,5 | 28,2 | 28,5 | 28,5 | |
| 27,8 | 28,4 | 28,9 | 28,6 | |
| 28,1 | 28,5 | 29,2 | 28,6 | |
| 28,3 | 28,6 | 29,5 | 28,7 | |
| 28,6 | 28,6 | 29,7 | 28,9 | |
| 28,9 | 28,7 | 30,0 | 28,9 | |
| 29,1 | 28,8 | 30,3 | 29,0 |
Влияние механического состава почвы на влагаемость и водопроницаемость
1. Теоретическая часть
ПОЧВА – самый поверхностный слой суши земного шара, возникший в результате изменения горных пород под воздействием живых и мертвых организмов, солнечного тепла и атмосферных осадков. Почва представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущим строением, составом и свойствами. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Чтобы быть плодородной, почва должна обладать достаточным количеством питательных веществ и запасом воды, необходимым для питания растений. Именно своим плодородием почва, как природное тело, отличается от всех других природных тел (например, бесплодного камня), которые не способны обеспечить потребность растений в одновременном и совместном наличии двух факторов их существования – воды и минеральных веществ.
Почва – важнейший компонент всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом, через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.
Роль почвы в хозяйстве человека огромна. Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон в городском хозяйстве, экологического мониторинга и пр.
Методы изучения почв.
Один из них – сравнительно-географический, основан на одновременном исследовании самих почв (их морфологических признаков, физических и химических свойств) и факторов почвообразования в разных географических
условиях с последующим их сопоставлением. Сейчас при почвенных исследованиях используются различные химические анализы, анализы физических свойств, минералогический, термохимический, микробиологический и многие другие
анализы. В итоге устанавливается определенная связь в изменении тех или иных свойств почвы с изменением почвообразующих факторов. Зная закономерности распределения почвообразующих факторов, можно создать почвенную карту для обширной территории. Именно таким образом Докучаевым в 1899 была выполнена первая мировая почвенная карта, известная под названием «Схемы почвенных зон Северного полушария».
Другой метод – метод стационарных исследований заключается в систематическом наблюдении какого-либо почвенного процесса, которое обычно проводится на типичных почвах с определенным сочетанием почвообразующих факторов. Таким образом, метод стационарных исследований уточняет и детализирует метод сравнительно-географических исследований.
Почвообразующие факторы: различают по крайне мере 6 почвообразующих факторов. Вообще, процесс почвообразования начался тогда, когда появились первые микроорганизмы и одноклеточные водоросли.
1. Первым почвообразующим фактором является материнская порода, она подразделятся на три вида:
· Магматические породы. Это те породы, которые образовались в результате остывания магматических масс при извержении вулканов (граниты, базалиты).
· Метаморфические породы - это те породы, которые образовались в результате действия высоких температур и давления.
· Осадочные породы - те породы которые образовались в результате выветривания и размельчения. Осадочные породы являются главными почвообразующими породами. На осадочные породы воздействовали живые организмы, шел процесс почвообразования.
2. Второй почвообразующий фактор - возраст почвы. Чем раньше начался
процесс почвообразования, тем толще слой почвы.
3. Рельеф поверхности. На горных склонах происходит сползание почвенного слоя.
4. Климат
5. Почвенные организмы. От набора и количества организмов зависят как количество почвы, так и ее качество.
6. Деятельность человека. В результате жизнедеятельности человека, работы транспорта, промышленности почва становится причиной изменений в состоянии здоровья человека.
В настоящее время почва рассматривается как саморазвивающаяся система, обеспечивающая круговорот веществ в природе. В почве происходит обезвреживание всех видов отходов (функция самоочищения почвы).
По механическому составу почвы бывают глинистые, суглинистые, супесчаные, песчаные и хрящеватые (щебневатые). Определить его проще всего: достаточно растереть щепотку почвы между пальцами и попробовать скатать их. При растирании глинистых почв получится тонкий однородный порошок, при растирании суглинистых — порошок не совсем однородный, супесчаных — отчетливо становятся видны песчинки, в песчаных они преобладают, у хрящеватых в изобилии обнаружатся каменистые обломки длиной от 3 мм и больше. При скатывании глинистые почвы дают длинный шнур и гладкий шарик, суглинистые — шнура не дают, а шарик получится покрытый трещинами, остальные в шнур и шарик вообще не скатываются.
По химическому составу минеральной компоненты почвы состоит из песка и алеврита (формы кварца (кремнезёма) SiO2 с добавками силикатов (Al4(SiO4)3, Fe4(SiO4)3, Fe2SiO4) и глинистых минералов (кристаллические соединения силикатов и гидроксида алюминия)).
В состав почвы входят четыре важнейших компонента:
- минеральная основа (50–60 % от общего объёма);
- органическое вещество (до 10 %);
- воздух (15–25 %);
- вода (25–35 %).
Водопроницаемость почвы — свойство почвы, как пористого тела,
пропускать через себя воду. Количественно выражается мощностью слоя воды, поступающей в почву через ее поверхность в единицу времени.
Влагоемкостьпочвы - величина, количественно характеризующая водоудерживающую способность почвы; способность почвы поглощать и удерживать в себе от стекания определенное количество влаги действием капиллярных и сорбционных сил.
Чем мельче частицы почвы, тем больше влагоемкость почвы, но при этом уменьшается ее водопроницаемость
2.Практическая часть
Лабораторная работа № 1
1)
Цель: влияние механического состава почвы на влагоемкость и водопроницаемость
Оборудование и материалы: весы технические, цилиндр мерный емкостью 500 мл, мерный стакан, штатив.
Методика проведения работы:
1. В первый цилиндр с фильтром насыпали слоем 10 см предварительно взвешенную чистую воздушно-сухую почву.
2. Во второй цилиндр насыпали слоем 10 см предварительно взвешенную загрязненную нефтепродуктами почву.
3. На поверхность почв тонкой струей из мерных цилиндров налили воду так, чтобы ее уровень был на 1 см выше уровня почвы, который необходимо поддерживать в течение всего опыта.
4. Воду, просочившуюся через почву, собрали в мерные стаканы. Продолжительность опыта – 1 час.
Почва
| Чистая 1 | Загрязненная 2 |
| mпустого пл. цил.=29,9г | mпустого пл.цил.=30,3г |
| mс почвой=76,0г | mс почвой=78,1г |
| mмокрого с почвой=109,0г | mмокрого с почвой=111,8г |
| V1=500мл | V1= 500мл |
| V2=420мл | V2=390мл |
| Vизрасход=80мл | Vизрасход=110мл |
Обработка результатов:
Полную влагоемкость определили в процентах по отношению к массе сухого-воздушного образца почвы после просачивания последней капли воды через цилиндр с почвой:
ПВ = 
где ПВ – полная влагоёмкость;
V1– масса цилиндра с воздушно-сухим образцом почвы;
V2 – масса цилиндра с мокрой почвой.
Количество удержанной воды определили по разности масс налитой и просочившейся воды:
УВ = М1 – М2 = 80 – 59 = 21 мл.
Водопроницаемость оценили по шкале водопроницаемости почвы: так как объем воды, прошедшей через почву за 1 час – 21 мл, то оценка водопроницаемости неудовлетворительная.
Вывод: водопроницаемость почвы – неудовлетворительная, полная влагоемкость почвы равна 43,42%.
2)
Цель: определение скорости поднятия капиллярной воды и капиллярной влагоемкости различных образцов почвы.
Материалы и оборудование:
Цилиндры с делениями, нижний конец которых обвязан марлей, ванна с водой, секундомер.
Методика проведения работы:
1. Цилиндры заполнили чистой и загрязненной нефтепродуктами почвой слоем 10 см.
2. Цилиндры с почвой взвесили, затем поставили в ванну для насыщения капиллярной водой.
3. Уровень поднятия воды заметили по изменению цвета почвы, т.к. вода по капиллярным порам почвы поднималась вверх и увлажняла почву.
4. Через определенные промежутки времени уровень отмечали и записывали. Опыт продолжали до тех пор, пока поднятие воды не прекратилось.
Почва
| Чистая | Загрязненная | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| mпустого=52,3г | mпустого=53,4г | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| mс почвой=109,5г | mс почвой=105,0г | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| mмокрого с почвой=151.2г | mмокрого с почвой=142,7г | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Капиллярную влагоемкость определили по формуле:
КВ = М2 – М1,
где М1 - масса цилиндра, до насыщения водой, г;
М2 - масса цилиндра после насыщения водой, г;
КВ(чист) =151.2-109.5=41.7 г
КВ(гряз) = 142.7-105=37.7 г
Влагоемкость определили в процентах по отношению к массе сухого-воздушного образца почвы:
В(чист)= 
= 
В(гряз)= = 
tcр - среднее время поднятия капиллярной влаги
tcр(чист) = 6.8 мин
tcр(гряз) = 17.1 мин
Средняя высота поднятия влаги: для чист = 5.4 см
для гряз = 5.3 см
Средняя скорость поднятия капиллярной влаги: V(чист)=5.4/6.8=0.79 см/мин
V(гряз)=5.3/17.1=0.31 см/мин
Вывод: проделав данный опыт мы выявили следующее: чем мельче частицы почвы (больше плотность), тем больше влагоемкость почвы, но при этом уменьшается ее водопроницаемостью.
Лабораторная работа №3