Организация научного общества учащихся

Организация исследовательской деятельности в рамках работы предметной экологической секции научного общества учащихся
Изучение истории, культуры и состояния компонентов окружающей среды своего города - неотъемлемый элемент системы гражданского и патриотического воспитания молодежи. Участие учителей и школьников в учебно-исследовательской деятельности такого рода – хорошая возможность сочетать учебный процесс и полезную практическую деятельность, что во многом способствует профессиональной ориентации школьников. Очень важно отметить, что этим вопросом под руководством преподавателей общеобразовательной школы занимаются школьники. Тем самым создаются условия для активного процесса экологического воспитания, просвещения и образования за рамками школьной программы на основе исследовательской и практической деятельности и это позволяет выделить ряд достоинств такой проектной деятельности.
В процессе исследовательской деятельности у ребят формируются практические навыки и умения по оценке экологического состояния среды обитания, вырабатывается способность к анализу причинно-следственных связей в окружающей природной среде, и появляются потребности участвовать в управлении ее качеством.
Участие в исследовании развивает творческие способности, фантазию и создает предпосылки для углубленного комплексного изучения таких важных в жизни дисциплин как математика, физика, химия, биологические науки, экономика и других. Главное заключается в том, что необходимость этих знаний подкрепляется демонстрацией их практического применения в решении вопросов охраны окружающей среды.
Предлагаем итог работы нашей экологической секции по исследованию пруда Батальный, расположенного в микрорайоне школы города Калининграда. В работе представлены все этапы проведенного исследования по оценке антропогенного воздействия на объект исследования, представлены результаты.ОЦЕНКА АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРУД БАТАЛЬНЫЙ1. Водная среда, стокиВследствие того, что исследование проводилось в позднеосенний период, для оценки качества воды в пруде было нельзя использовать методы биоиндикации. В этот период времени активность живых организмов находится на низком уровне и не может служить индикатором состояния водной экосистемы. Поэтому оценка качества воды в пруду делалась по гидрохимическим показателям.
Для оценки качества воды пруда с помощью гидрохимических методов нами был сделан забор воды на 3 станциях, расположенных в разных частях пруда Батальный: в центре северо-восточного участка, расположенного на равном удалении от истока и стока пруда, на расстоянии 2 м от береговой черты (проба №1), а также вблизи от выпусков в пруд сточных вод – у выходов коллекторов около больницы (проба №2) и около предприятия «Серебряная чаша» (проба №3).
Химический анализ проб был выполнен в лаборатории Центра лабораторного анализа и технических измерений по Калининградской области (протокол анализа находится в приложении 4). Обобщенные результаты химического анализа приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Результаты химического анализа воды пруда Батальный
Наименование показателя Ед. изм. Проба №1 Проба №2 Проба №3 ПДК
Взвешенные вещества мг/дм3 <3 <3 6 ест.усл.+0,75
БПК 5 мгО2/дм3 2,6 2,9 3,2 4,5
Нефтепродукты мг/дм3 0,13 0,1 6,4 0,3
Ион аммония мг/дм3 2,0 0,46 0,47 2,6
Азот аммонийный мг/дм3 1,6 0,36 0,37 2,0
Фосфат-ион мг/дм3 0,26 0,3 0,07 1,14
Фосфор фосфатный мг/дм3 0,085 0,098 0,023 0,37
Свинец мг/дм3 0,062 - - 0,03
Цинк мг/дм3 0,043 - - 1,0
Марганец мг/дм3 <0,01 - - 1,0
Медь мг/дм3 0,45 - - 0,1
Алюминий мг/дм3 0,051 - - 0,5
Хром мг/дм3 0,023 - - 0,05
Из таблицы видно, что по большинству показателей качества воды в осенне-зимний период нет превышения ПДК. Это, вероятно, объясняется значительным поступлением в водоем дождевых вод в это время года, вследствие чего концентрация загрязняющих веществ в воде пруда падает. Превышение ПДК в отобранных пробах зафиксировано только по нефтепродуктам, поступающим в пруд через коллектор, ведущий от предприятия ООО «Серебряная чаща» (проба №3). Визуальный осмотр выпуска этого коллектора также подтверждает наличие сильных загрязнений – дно коллектора и пруда вблизи от него покрыто толстым слоем отложений желтого и бурого цвета, на поверхности воды, несмотря на её низкую температуру (3-50С), имеются маслянистые разводы. Другим показателем, имеющим критическое значение, является содержание в воде пруда соединений тяжелых металлов, в частности, свинца. Наличие в отобранных пробах свинца в концентрациях, превышающих ПДК в 2 раза, указывает на то, что одним из источников загрязнения водоема являются проходящие вблизи от него автодороги с интенсивными транспортными потоками. Вместе с тем, следует учитывать, что исследование проводилось поздней осенью. Летом естественный приток воды в пруд сильно сокращается и загрязненность водоема за счет сброса в него сточных вод в этот период времени может увеличиться.
2. Состояние берегов, бытовой мусорДля изучения состояния берегов пруда Батальный обследуемая территория была разбита на несколько участков. Прибрежная полоса вдоль западного, северного и восточного берегов пруда ограничивается пешеходными дорожками шириной от 1,5 до 3 метров. На западном и северном участках, сразу за пешеходными дорожками (тротуарами), вплотную с ним, проходят транспортные магистрали с интенсивным автомобильным движением – улицы Судостроительная и Батальная. Покрытие пешеходных дорожек местами сильно разрушено (особенно, в районе перекрестка улиц), имеются выпадения разделительного бордюрного камня. Во время сильного дождя в районе перекрестка улиц Судостроительная и Батальная отмечено переливание водного потока с полотна дороги через разрушенный разделительный камень на тротуар и дальше в пруд. Имеющаяся в этом месте единственная приемная решетка дождевого коллектора не справлялась с объемом сточных вод. На всем их протяжении тротуаров вдоль пруда отсутствуют урны для мусора.
С левой стороны непосредственно к пруду примыкает территория городской больницы. Эта часть территории больницы предусматривалась как зона отдыха (имеются остатки прогулочных дорожек, клумб), однако сейчас она находится в неудовлетворительном состоянии – покрытие дорожек разрушено, местами отсутствует ограждение территории. Если на территории больницы поддерживается относительная чистота, то сразу за её оградой царит бесхозяйственность: на откосах пруда имеются многочисленные свалки мусора, а берега сильно заросли сорной растительностью. На всем протяжении береговой линии пруда отмечено загрязнение бытовым мусором в виде бумажных и пластиковых упаковок, пластиковых стаканчиков и бутылок, стеклянных бутылок, макулатуры в виде старых газет, обрывки тряпок, жестяных банок. Особенно загрязнен левый берег пруда, находящийся в удалении от пешеходных и транспортных потоков. Свалки бытового мусора среди травы и зарослей кустарников на этом участке столь многочисленные и объемны, что занимают практически всю площадь береговой черты, местами уходя под водную поверхность. На южном берегу пруда, около больницы, в районе выпусков ручья и ливневой канализации также образовалась большая свалка.
По оценкам, сделанным на основе визуальных наблюдений, общий объем бытового мусора, находящегося на берегах пруда, в настоящее время составляет не менее 10-15 м3.
Школьниками был изучен качественный и количественный состав мусора, присутствующего на берегах пруда. Для этого мусора на южном и юго-западном берегах пруда было собрано около 20 кг. Результаты исследования отражены на рис. 9.

Рис. 9. Состав мусора, собранного на берегах пруда Батальный
В составе бытового мусора по весу преобладают стеклянные бутылки (67 %). На долю пластиковой тары приходится около 15 % веса мусора, однако, по объему пластиковый мусор находится на первом месте.
3. Автомобильный транспорт3.1. Характер воздействия автотранспорта на окружающую среду в городе
Наличие в непосредственной близости от пруда двух оживленных городских транспортных автомагистралей – улиц Судостроительная и Батальная, определяет то, что наибольший вклад в его загрязнение вносит деятельность автомобильного транспорта.
Известно, что каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу с отработавшими газами около 200 различных компонентов. В выхлопных газах содержатся углеводороды (СН) – несгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т.е. во время заторов и у красного сигнала светофора. Именно в этот момент, когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших частиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нормальном режиме. К несгоревшим газам относят и обычную окись углерода (СО), образующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В выхлопных газахдвигателя, работающего на нормальном бензине и при нормальном режиме,содержится в среднем 2,7 % оксида углерода. При снижении скорости этадоля увеличивается до 4 %, а на малом ходу – до 7 %. Оксид углерода,углекислый газ и большинство других газовых выделений двигателей тяжелеевоздуха, поэтому все они скапливаются у земли, осаждаются на её поверхность и частично вступают в реакцию с элементами почвы, а затем, вместе с осадками смываются в водоёмы или с пылью снова попадают в атмосферный воздух.
В выхлопных газах содержатся также альдегиды, обладающие резким запахоми раздражающим действием. К ним относятся акролены и формальдегид;последний обладает особенно сильным действием. В автомобильных выбросахсодержатся также оксиды азота (NOx). Двуокись азота играет большую роль вобразовании продуктов превращения углеводородов в атмосферном воздухе. Ввыхлопных газах присутствуют неразложившиеся углеводороды топлива. Срединих особое место занимают непредельные углеводороды этиленового ряда, вчастности гексен (С6Н12) и пентен (С5Н10).
Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомашины часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества. Особенно много сажи и смол образуется при технической неисправности мотора и в моменты, когда водитель, форсируя работу двигателя, уменьшает соотношение воздуха и горючего, стремясь получить так называемую "богатую смесь". В этих случаях за машиной тянется видимый хвост дыма, который содержит полициклические углеводороды и, в частности, бенз(а)пирен. К токсичным продуктам сгорания автомобильного топлива также относятся соединения свинца (Pb-) и серы (-SO2) и другие канцерогенные вещества.
В результате выхлопов автомобилей на территориях, прилегающих к городским автомагистралям, появляются устойчивые накопления двух типовзагрязнений:
- аэрозоли автотранспортного происхождения, задерживающиеся в атмосферена длительный срок, адсорбирующие канцерогенные вещества и попадающие своздухом в дыхательные пути;
- продукты сгорания и продукты химических реакций выхлопных газов, осаждающиеся на поверхности почвы, смываемые в водоёмы и, затем, вызывающие вторичное загрязнение воздуха.
Многие из этих загрязняющих веществ способны аккумулироваться организмом, попадая в него не только через дыхательные пути, но и через кожу. Эти соединения поражают центральную нервную систему и кроветворные органы человека.
Автомобиль также является одним из главных факторов шумового загрязнения. Шум, возникающий на проезжей части автомагистрали, распространяется не только на примагистральную территорию, но и вглубь жилой застройки и зон отдыха. Чрезмерный шум отрицательно влияет на здоровье людей. Он может стать причиной нервных заболеваний, язвенной болезни, расстройства эндокринной и сердечно-сосудистой систем.
В целом, под влиянием вредного воздействия автомобильного транспорта ухудшается здоровье людей, отравляются почвы и водоёмы, страдает растительный и животный мир.
Хотя обычно при оценке влияния автотранспорта на городскую среду в первую очередь рассматривается загрязнение атмосферного воздуха, воздействие транспортных потоков на водные объекты зачастую оказывается не менее губительным.
Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ / 12 /. Загрязнение вод транспортными отходами проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов. Установлено, что многие вещества, выделяемые при работе автотранспорта, могут вызвать загрязнение вод. В случае превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому, общесанитарному или органолептическому, вода считается загрязненной.
Одним из наиболее интенсивных путей загрязнения гидросферы города автотранспортом являются ливневые сточные воды с поверхности автомагистралей, автостоянок, площадок АЗС. Поступление в городские водоемы со стоками нефтепродуктов, фенолов и легкоокисляющихся органических веществ, тяжелых металлов и других токсичных веществ резко ограничивает потребление и использование водных ресурсов. Практика показала, что существующие технологические процессы по обезвреживанию сточных вод способствуют удалению значительного количества органических веществ и взвешенных веществ. Однако они практически не снижают содержание в них солей, из которых наибольшую опасность представляют токсические вещества, в том числе канцерогенные, к которым относится один из наиболее токсичных – тетроэтилсвинец, являющийся компонентом моторного топлива. В городских условиях из-за высокой концентрации транспортных потоков, насыщенности среды автомобилями, очень трудно полностью исключить попадание отходов транспорта в водоёмы.
3.2. Воздействие автотранспорта на окружающую среду в городе Калининграде
По данным экологических исследований и статистических наблюдений, на сегодняшний день самым значительным источником загрязнения воздушного бассейна города Калининграда является автотранспорт (табл. 2). Вклад автотранспорта в суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух составляет 78%. Выбросы от автотранспорта превышают выбросы от стационарных источников в 3,5 раза.
Таблица 2
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, тыс. т в год
2010 2011 2012 2013 2014
От стационарных источников 33 28 26 36 33
От автотранспорта 257 300 116 120 119
Источник: Территориальный орган Федеральной службы госстатистики по Калининградской области
В настоящее время автотранспорт является главным и пока малоуправляемым источником загрязнения атмосферного воздуха, почвы и водоемов в Калининграде.
Причинами такого положения являются:
1. Экологически небезопасные конструкции двигателей и топливной аппаратуры отечественных автомобилей, что при использовании этилированных марок бензина и высокосернистого дизельного топлива не позволяет применять системы нейтрализации и каталитического дожига отработавших газов.
2. Высокие темпы роста парка автомобилей. Только за последние 7 лет он увеличился в области в 2,5 раза (более 260 тыс. единиц только легковых автомобилей и порядка 100 тыс. автобусов и грузовых автомобилей). Область занимает одно из первых мест в России по количеству автомобилей на 1000 жителей.
3. Еще более стремительный прирост парка подержанных автомобилей иностранных марок с низкими эксплуатационно-техническими и экологическими данными. По данным ГИБДД из общего количества иномарок более 90% составляют автомобили, эксплуатирующиеся более 5 лет, в том числе более 70% - свыше 10 лет. Кроме того, учитывая "возраст" иномарок (15-20 лет), актуальным становится вопрос утилизации кузовов, аккумуляторов, резины и др.
4. Неудовлетворительное состояние дорожного покрытия большинства улиц областного центра, в том числе проходящих вблизи от пруда Батальный.
5. Отсутствие единой транспортной схемы г. Калининграда. Вместе с дождевыми водами, стекающими с покрытия улиц и автостоянок, в поверхностные водоемы попадают различные загрязняющие вещества, связанные с работой автотранспорта, в основном это нефтепродукты, соединения тяжелых металлов и взвешенные вещества. Точный расход ливнестоков с территории автодорог не поддается учету, так как зависит от интенсивности выпадения атмосферных осадков, таяния снега, пропуска паводка и т.д., однако, можно сделать его приблизительную оценку.
3.3. Воздействие автомобильного транспорта на экосистему пруда Батальный
Для оценки воздействия автотранспорта на экологическое состояние пруда Батальный и окружающую его территорию были выполнены натурные обследования. Методика проведения обследования и его результаты изложены в приложении 2. Результаты натурных обследований структуры и интенсивности движущегося автотранспортного потока заносились в полевой журнал.
Обследования проводилось в течение 4 месяцев (с сентября по декабрь), по одной неделе в каждом месяце (с понедельника по воскресенье), в период наибольшей транспортной активности (с 17.00 до 19.00). Наблюдателем занималось место у исследуемой магистрали и в течение двух часов в отдельный бланк заносились данные о проезжающем через наблюдаемое сечение дороги транспорте. После выявления наиболее участков с наиболее интенсивным движением, на основе их пятикратного обследования были получены средние максимальные (для вечернего часа “пик”) характеристики транспортных потоков.
Средняя интенсивность транспортного потока в вечерний час “пик” за наблюдаемый период времени составила 1074 авт./ч. За период наблюдений, в течение сентября-декабря, отмечалось последовательное сокращение интенсивности транспортного потока, с 1126 авт./ч в сентябре до 1029 авт./ч в декабре (рис. 10).

Рис. 10. Интенсивность транспортного потока по ул. Судостроительная и Батальная
В транспортном потоке, следующем по улицам Судостроительная и Батальная, преобладают легковые автомобили (78 %). На рис. 11 показан состав проходящего по магистралям транспорта.

Рис. 11. Структура транспортного потока по ул. Батальная, авт./ч, в вечерний час "пик"
Максимальная интенсивность движения автотранспорта отмечена на ул. Батальная (873 авт./ч). Интенсивность движения по ул. Судостроительная составляет 201 авт./ч, однако, из-за того, что транспортный поток по этой улице проходит вплотную к водной поверхности пруда, его воздействие на экосистему пруда также является значительным. Распределение транспортного потока в течение недели носит относительно равномерный характер. Наибольшая интенсивность движения отмечена в среду и пятницу, наименьшая – в понедельник. Иллюстрация, характеризующая интенсивность движения автотранспорта в течение недели, приведена на рис. 12.

Рис. 12. Распределение транспортного потока по ул. Судостроительная и ул. Батальная в течение первой недели декабря, количество автомобилей за 15 мин. наблюдений в среднем в вечерний час "пик".
На основании данных, полученных в ходе натурных обследований, был произведен расчет максимально-разовых концентраций загрязняющих веществ, выбрасывающихся в атмосферный воздух в районе пруда автомобильным транспортом. Расчет выбросов загрязняющих веществ содержится в Приложении 3. Расчеты выбросов вредных веществ, поступающих в атмосферу с отработавшими газами автомобилей, выполнены для 7 веществ. На рис. 13 показана структура расчетного суммарного выброса загрязняющих веществ автомобильным транспортом, проходящим возле пруда Батальный.

Рис. 13. Структура выброса загрязняющих веществ от автотранспорта
Согласно полученным нами данным, общий выброс загрязняющих веществ от транспорта, проходящего вблизи от пруда Батальный, составляет примерно 2000-2200 кг/год, большую часть из них составляет оксид углерода (55 %), диоксид азота (24 %) и углеводороды (20 %).
Расчет концентрации загрязнений атмосферного воздуха от автомобильного транспорта выполнялся по методике, описанной в Приложении 2. Расчеты показали (см. Приложение 3), что при заданных условиях, концентрация в воздухе окислов азота превышает допустимые нормы (ПДК) на всей территории пруда, на любом удалении от проезжей части, а уровни концентрации окиси углерода и углеводородов соответствуют нормативным значениям только на удалении 80-100 м от улиц (см. табл. 3). Таким образом, в пределах почти всей территории пруда, за исключением узкой полосы вдоль её южной и юго-западной границ, расчетный уровень загрязнения воздуха превышает допустимые значения.
Таблица 3.
Концентрация загрязняющих веществ в воздухе в районе пруда Батальный (расчетные значения), мг/м3
Удаление от проезжей части, м CO NOxCH
10 30,22 12,71 10,68
20 15,11 6,36 5,34
40 7,56 3,18 2,67
60 5,04 2,12 1,78
80 3,78 1,59 1,34
100 3,02 1,27 1,07
Примечание: Среднесуточные предельно допустимые концентрации СО – 3,0 мг/м3, NOx – 0,04 мг/м3, CH – 1,5 мг/м3.
Считается, что загрязнение водоемов поверхностными сточными водами с автомобильных дорог составляет незначительный удельный вес от загрязнения водной среды бытовыми и промышленными отходами. Однако учитывая, что пруд Батальный с двух сторон окружен улицами с интенсивным дорожным движением, а также то, что в воде пруда было обнаружено повышенное содержание нефтепродуктов и соединений свинца, этот вид воздействия заслуживает отдельной оценки.
Оседающие на покрытии автомобильных дорог пыль, продукты износа покрытий, шин и тормозных колодок, выбросы от работы двигателей автомобилей, материалы, используемые для борьбы с гололедом, пылеподавления и т.п. приводят при смыве дождевыми и талыми водами к насыщению вод поверхностного стока различными загрязняющими веществами, в числе которых взвешенные вещества, соединения тяжелых металлов, нефтепродукты (бензин, дизельное топливо, масла, мазут и др.), которые затем могут попадать в водоёмы.
Наши расчеты показали, что при смыве загрязняющих веществ с дорожного полотна и поверхности прилегающей к пруду территории в водоем дополнительно за 1 час может попадать примерно 14 кг взвешенных веществ, около 3 г свинца и более 250 г нефтепродуктов (Приложение 3). За счет этого происходит увеличение концентрации этих веществ в воде. Наибольшее увеличение концентрации (на 18% от ПДК) происходит по нефтепродуктам.
Это подтверждает наше предположение, что интенсивное автомобильное движение, наряду со сбросами недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, является одной из главных причин повышенного содержания в воде пруда Батальный нефтепродуктов.