Полная версия

Главная arrow Экология

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Хионоиндикационный метод

Мониторинг снежного покрова, хионоиндикация (от греч. сЫоп — снег) — один из методов ландшафтной индикации наряду с почвенным, ботаническим, агрохимическим и др.

Для комплексной характеристики аэрогенного воздействия на геосферы используют оценки загрязнения депонирующих сред. В числе прочих к таким средам относится снежный покров.

Известно, что снежный покров является практически идеальной кратковременной депонирующей средой для изучения аэрогенных поступлений из атмосферы. Техногенные аномалии в снеге проявляются более контрастно и четче характеризуют пространственную картину атмотехногенного воздействия источников выбросов, чем аналогичные аномалии в других природных средах, поэтому вследствие достоверности и информативности, простоты исполнения хионоиндикационный мониторинг должен найти свое применение при локальном мониторинге.

Снежный покров является эффективным накопителем аэрозольных загрязняющих веществ.

Загрязнение снега происходит как во время образования снежинок в облаке и выпадения их на земную поверхность (влажная седиментация загрязняющих веществ), так и в результате сухого осаждения загрязнителей атмосферы.

Послойный отбор проб снежного покрова позволяет получить динамику загрязнения за зимний сезон, а всего лишь одна проба по всей толще снежного покрова дает представительные данные о загрязнении в период от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы.

Снег является индикатором процессов закисления природных сред. Перенос загрязняющих веществ на большие расстояния осуществляется за счет общей циркуляции атмосферы. Поступающие в атмосферу примеси, подхваченные воздушными потоками, могут распространяться на расстояние от нескольких сотен до нескольких тысяч километров. Так, например, тяжелые металлы в виде аэрозолей при среднем времени их пребывания в нижней тропосфере, равном пяти суткам, могут быть перенесены на расстояние до 3000 км, а в верхней тропосфере и на значительно большее.

Свойства снежного покрова

Снежным покровом называется слой снега на поверхности земли, сформированный снегопадами. Внутреннее его строение слоистое, что определяется периодическими снегопадами и другими атмосферными осадками, солнечной радиацией, ветром и метаморфизмом снега (возгонка и сублимации снежных кристаллов). Среди важнейших свойств снежного покрова прежде всего следует отметить плотность, которая, в свою очередь, определяет многие другие его характеристики. Она изменяется в широких пределах, от 10 до 700 кг/м3, в зависимости от вида снега, географического положения, времени года.

Важной характеристикой снега является его влажность — количество жидкой воды, которое снежный покров содержит в данный момент во всех формах.

Под термическими свойствами снега понимаются свойства, определяющие процесс перераспределения тепла в снежном покрове и теплообмен с окружающей средой. Основные термические свойства снега — коэффициент теплопроводности и температуропроводности, теплоемкость, теплота плавления, испарения, конденсации, возгонки и сублимации. Увеличение коэффициентов тепло- и температуропроводности происходит при увеличении плотности снега.

Радиационные свойства снега заключаются в его способности отражать, рассеивать и поглощать солнечную радиацию, а также его способности к излучению. Отражающие способности поверхности снежного покрова характеризует альбедо снежного покрова.

Электрические свойства снега зависят от температуры, плотности, структуры снега и соотношения его фазовых состояний, частоты электромагнитных волн. В сухом состоянии снег является диэлектриком, но при увеличении влажности его электрическое сопротивление падает.

К механическим свойствам снега относятся упругие свойства и прочность снега. Они зависят от внутреннего сцепления и трения в снегу, его жесткости, пластичности, ползучести, вязкости. Механические свойства снега определяют условия передвижения по снежному покрову, устойчивость снежного покрова на склоне и, как следствие, вероятность возникновения лавин.

Снежный покров играет важную роль в функционировании экосистем. Он оказывает влияние на климат, рельеф, гидрологические и почвообразовательные процессы. Особенно велика роль снежного покрова в круговороте воды в природе. Снеговое питание занимает значительное место в речном стоке территорий, на которых формируется снежный покров.

Химический состав снежного покрова

Формирование осадков происходит в течение 8—10 дней. За это время влага, находящаяся в атмосфере, впитывает все, что выбрасывается в атмосферу. В определенный момент сульфаты, нитраты и растворенный в воде аммиак выпадают в виде дождя и снега. Соединения азота токсичны сами по себе, а оказавшись в атмосфере, они вступают в химическую реакцию с водой. Так появляются кислотные дожди. В большой концентрации оксиды азота способны вызвать раздражение слизистых оболочек, а в слабых — спровоцировать полное выпадение волос на попавших под дождь участках кожи.

Естественных осадков — испарившейся дистиллированной воды — в крупных городах не может быть по определению. Состав дождя и снега на 80 % зависит от местных условий. Большая часть техногенных осадков выпадает в месте их формирования, но какое-то количество химии уносится на весьма дальние расстояния. Облако, поднявшееся после аварии на атомной станции в Чернобыле, дошло до Швеции, распространив радиоактивные осадки по территории нескольких государств. На Северном полюсе, там, где снег должен быть идеально чистым, не так давно нашли следы никеля, выброшенного на широте российского Норильска.

Транспорт является в наши дни главным загрязнителем воздуха. Второе место уверенно занимают теплоэлектростанции и заводы, на которых есть горячие цехи. С осадками на головы горожан летят выбросы лакокрасочных предприятий и не самая приятная органика. Вот и получается, что в городском дожде присутствует едва ли не вся таблица Менделеева.

Организация мониторинга снежного покрова

Мониторинг снежного покрова отличается некоторыми специфическими особенностями. При его организации необходимо учитывать ряд принципов: подчиненность мониторинга за снежным покровом задачам комплексного экологического мониторинга; учет разнообразия экосистем (физико-географической неоднородности территории), учет требований гидрометеослужбы и привязка наблюдений к имеющейся метеосети, минимизация трудозатрат, совершенствование наблюдений в будущем.

Подчиненность мониторинга снежного покрова задачам комплексного экологического мониторинга объясняется тем, что снежный покров является элементом экосистем и фактором среды живых организмов. Поэтому планируемые наблюдения за снежным покровом должны учитывать имеющийся опыт и ранее полученные результаты. При организации наблюдений за снежным покровом необходимо учитывать физико-географическую неоднородность территории. Связано это, во-первых, с тем, что характер подстилающей поверхности (рельеф, структура почвогрунтов, растительность) определяет многие свойства снежного покрова. Во-вторых, с тем, что степень воздействия снежного покрова на те или иные экосистемы неодинакова. Рельеф местности многопланово определяет характеристики снежного покрова. При организации наблюдений также необходимо учесть экспозиционные и высотные отличия в распределении снежного покрова.

Характеристики почвогрунтов могут определять тепловой режим снежного покрова, условия метаморфизма снега и, следовательно, структуру снежной толщи.

Совершенствование наблюдений за снежным покровом в будущем — необходимое условие при организации соответствующей системы мониторинга [22—24].

Лабораторная работа 9

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МЕТОДОМ ХИОНОИНДИКАЦИИ

Цель работы: определение и оценка качества окружающей среды методом хионоиндикации.

Оборудование и реактивы: колбы 500 и 250 мл, стаканы, пипетка, мерные цилиндры, лакмусовая бумага, фенолфталеин, фильтровальная бумага, йодид калия (К1), спирт, нитрат серебра (AgNOз), уксусная кислота.

Порядок выполнения работы

Пробоотбор: для анализа необходимо отобрать пробы снега по методу «конверта» (рис. 11) с трех-четырех участков города с различной

  • 1 метр
  • ?-?
Взятие пробы снега методом «конверта»

Рис. 11. Взятие пробы снега методом «конверта»

степенью загрязнения (зона отдыха горожан, перекресток автодороги, вблизи предприятия и т. д.). Для этого размечаются квадраты со сторонами 1 м, пробы берут по углам (4 шт.) и в центре квадрата. Всего отбирают 5 проб с каждого квадрата, которые объединяют и используют для одного определения.

На каждом участке отобрать пробы снега и поместить в пронумерованные полиэтиленовые пакеты. Взятые пробы снега растопить. Растапливание снега производится при комнатной температуре. Для ускорения процесса первые порции снега в стаканах можно слегка подогреть на водяной бане при температуре не выше 40° и отобрать в объеме 0,5 л. Подготовленные пробы снега исследовать на:

  • • определение запаха пробы;
  • • прозрачность;
  • • кислотность;
  • • наличие катионов железа;
  • • наличие анионов хлора;
  • • наличие катионов;
  • • наличие катионов свинца;
  • • наличие органических загрязнений.
  • 1. Определение прозрачности проб.

Показатель прозрачности определяется двумя способами:

  • 1) визуальным сравнением прозрачности отобранных проб снежного покрова;
  • 2) по читаемости текста отобранных проб снежного покрова.

Ход определения

Растопленные пробы снежного покрова помешают в колбы 250 мл в количестве 200 мл и проводят визуальное сравнение мутности талой воды и видимых загрязнении, таких как частички песка, пыли, маслянистой пленки, характерной для нефтепродуктов.

^ВОДЫ СМ.

По прозрачности растворы разделяют на:

  • 1) непрозрачные;
  • 2) частично прозрачные;
  • 3) прозрачные.

Обработка результатов

Определить степень прозрачности каждого раствора.

Для измерения прозрачности используют стеклянный цилиндр диаметром 2,5 см и высотой 30 см. В качестве стандартного шрифта используют шрифт ГОСТа 3551—46 с высотой букв 3,5 мм. Проба воды рассматривается при рассеянном дневном свете. Мерой прозрачности служит высота столба воды в см, при котором можно наблюдать на белой бумаге шрифт.

Сравнить каждую пробу с контрольным образцом — дистиллированной водой. Вода может быть прозрачной, слабо мутной, сильно мутной. Перед замером воду необходимо взболтать. Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения и определяется высотой столба воды в цилиндре, сквозь который начинают читаться буквы.

Если через пробу текст видно идеально, он хорошо читается — «прозрачная» (рис. 12, а). Если текст просматривается слегка, прочитать его практически невозможно — «слабо мутная» (рис. 12, б). Если текст прочитать невозможно, это говорит о «сильно мутной» пробе (рис. 12, в).

Прозрачность пробы по визуализации машинописного текста

Рис. 12. Прозрачность пробы по визуализации машинописного текста

2. Определение осадка в пробах.

Определение осадка в пробах проводят фильтрованием проб через фильтровальную бумагу. Пробы с различных участков одинакового объема отфильтровывают и определяют массу прямым взвешиванием фильтра до и после фильтрации.

Ход определения

Перед фильтрованием взвесьте сухой фильтр!!!

Определяется фильтрованием пробы 200 мл через бумажный фильтр. Необходимо тщательно смотреть за тем, чтобы вся пыль со стенок стакана была смыта в посуду (взбалтывайте воду в стакане перед подачей ее на фильтр), при этом необходимо следить, чтобы воронка была заполнена водой не более чем на 3/4 высоты. Заполнение ее до краев и переливание недопустимо.

Фильтры высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы и повторно взвешивают на тех же весах. Из полученного веса вычтите вес сухого фильтра.

После этого рассчитывают концентрацию твердых частиц в мг/л.

Содержание взвешенных частиц (в мг/л) в испытуемой пробе определяется по формуле

(М, - М2)1000

где Мх — масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц г;

М2 масса бумажного фильтра, г;

V— объем воды для анализа, л.

Обработка результатов

Данные внести в таблицу, сделать вывод о различной степени загрязнения на разных участках.

Фильтрованную воду используют для определения pH.

3. Определение кислотности

Определение величины водородного показателя (pH) служит важным показателем кислотности или щелочности природной воды и является результирующей величиной кислотно-основного взаимодействия ряда ее минеральных и органических компонентов. Определение проводится либо колориметрически, либо электрометрически. Значение pH проб проводят колориметрическим методом, используя универсальную индикаторную бумагу.

Ход определения

Тест на кислотно-щелочную среду проводят с помощью универсальной лакмусовой бумаги, погрузив конец полоски в пробу на 1 минуту. Вынув полоску из пробы нужно сравнить ее со шкалой, изображенной на обложке пакетика с индикаторной бумагой.

Обработка результатов

Сделать вывод о кислотности среды на различных участках. Дать объяснение о возможном влиянии загрязняющих веществ на pH снежного покрова.

Снег может иметь как кислую, так и щелочную реакцию, в зависимости от преобладания тех или иных загрязняющих веществ. Если в снег попадают основания различных кислот, он приобретает кислотную реакцию. Выпадение соединений металлов, ароматических углеводов защелачивает снег.

4. Определение наличия хлора.

Определение наличия ионов хлора СГ проводят по качественной реакции по нитрату серебра А?1М03.

Ионы, которые можно связать в растворе с образованием осадка, обнаруживаются с помощью химических реакций, так, например, ионы серебра дают белый осадок хлорида серебра с ионами хлора:

Ag+ + СГ = А§С11.

белый

Ход определения

В пробирки с 5 мл пробами талой воды с различных участков добавляют 3 капли 10%-ного раствора нитрата серебра AgNOз, подкисленного азотной кислотой НИ03. Образуется осадок или муть.

Обработка результатов

Сделать вывод о наличии ионов хлора в пробах с различных участков:

  • • слабая муть — 1 — 10 мг/л;
  • • сильная муть — 10—50 мг/л;
  • • хлопья — 50—100 мг/л;
  • • белый творожистый осадок более 100 мг/л.

Наличие хлора, возможно, обусловлено использованием противогололедных реагентов, которые содержат хлор.

5. Определение наличия свинца.

Йодид калия (КІ) дает в растворе с ионами свинца характерный осадок йодида свинца РЫ2.

Ход определения

Для определения свинца в пробы в одинаковом объеме (5 мл) прибавить 2—3 капли КІ, после чего, добавив уксусной кислоты СН3СООН (1 мл), нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего, мало характерного желтого осадка РЫ2. Охладить полученный раствор под краном, при этом РЫ2 выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов:

РЬ2+ +2Г = РЫ2 4.

Обработка результатов

Если в исследуемых пробах осадок обнаружен, то это свидетельствует о присутствии ионов свинца. Данный факт возможно связать с использованием этилированного бензина, который содержит тетраэтилсвинец.

6. Определение ионов меди Си2+.

Ход определения

В фарфоровую чашку поместить 3—5 мл исследуемого талого снега, выпарить досуха, затем прибавить 1 каплю концентрированного раствора аммиака.

Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о появлении меди:

Си2+ + 4ИН4ОН = [Си(МН3)4]2+ + 4Н20.

Обработка результатов

Данные внести в таблицу и провести сравнительный анализ.

7. Определение наличия органических загрязнителей.

Признаки наличия органических веществ:

  • • радужная пленка на поверхности воды;
  • • масляное пятно на фильтровальной бумаге после высыхания;
  • • обесцвечивание подкисленного раствора перманганата калия;
  • • появление бурого «кольца».

Определить наличие органических загрязнителей можно двумя способами: с помощью перманганата калия КМп04 и (или) с помощью фенолфталеина.

Ход определения

В одну пробирку наливают 5 мл дистиллированной воды, в другую — исследуемую пробу. В каждую пробирку прибавляют по капле 5%-ного раствора перманганата калия КМп04. В пробирке с дистиллированной водой окраска сохранится. Исчезновение окраски в исследуемой пробе указывает на присутствие в ней органических веществ (иногда неорганических восстановителей).

В одну пробирку наливают 5 мл дистиллированной воды, в другую — исследуемую пробу. При добавлении фенолфталеина в пробах с присутствием органических веществ замечается кратковременное появление «кольца» бурого цвета.

8. Определение интенсивности запаха воды.

Ход определения

Для определения интенсивности запаха используют 250 мл пробы с различных участков и дистиллированной воды, помещенных в коническую колбу при 20 °С, которую закрывают пробкой, несколько раз сильно взбалтывают, затем открывают и тотчас же органолептически определяют характер запаха и его интенсивность по пятибалльной шкале:

  • • 0 балла — никакого запаха, отсутствие ощутимого запаха;
  • • 1 балл — очень слабый запах, не замечаемый потребителем, но ощутимый специалистом;
  • • 2 балла — слабый запах, обнаруживаемый потребителем, если обратить на это внимание;
  • • 3 балла — заметный запах легко обнаруживаемый; может быть причиной того, что вода непригодна для питья;
  • • 4 балла — отчетливый запах, обращающий на себя внимание; может заставить воздержаться от питья;
  • • 5 балла — очень сильный запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья.

Обработка результатов

Определить бал оценки запаха проб с различных участков и сравнить их между собой и дистиллированной водой (табл. 20—21).

Общая обработка результатов и выводы по работе

Все данные сводятся в табл. 18 и 19 и делается вывод о качестве окружающей среды методом хионоиндикации.

Таблица 18. Результаты определения органолептических показателей талого снега (воды)

Номер площадки

Качественные показатели

Прозрачность

Запах при 20 °С

Взвешенные частицы, мг/л

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

Дистиллированная вода

Таблица 19. Результаты химического анализа проб талого снега (воды)

Номер площадки

pH

Органические

вещества

Ионы

Ре3+

РЬ2+

Си2+

С Г

Органические

загрязнители

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

Дистиллированная вода

Таблица 20. Пятибалльная система определения интенсивности запаха

Интенсивность

запаха

Характер проявления запаха

Оценка интенсивности запаха

Нет

Запах не ощущается

0

Очень слабая

Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании (при нагревании воды)

1

Слабая

Запах замечается, если обратить на это внимание

2

Окончание табл. 20

Интенсивность

запаха

Характер проявления запаха

Оценка интенсивности запаха

Заметная

Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде

3

Отчетливая

Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья

4

Очень сильная

Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению

5

Таблица 21. Определение характера запаха

Естественного происхождения

Искусственного происхождения

Неотчетливый (или отсутствует)

Неотчетливый (или отсутствует)

Землистый

Нефтепродуктов (бензиновый)

Гнилостный

Хлорный

Плесневый

Уксусный

Торфяной

Фенольный

Травянистый

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>