«Изучение снежного покрова на территории села Азей»

Районный конкурс исследовательских работ и проектов детей младшего и среднего школьного возраста «За страницами учебника»

Исследовательская работа по географии
Выполнила: Орехова Виктория,
ученица 6 класса МОУ "Азейская СОШ"
Руководитель: Агнева Виктория Викторовна, учитель географии МОУ "Азейская СОШ"
Азей, 2014
СОДЕРЖАНИЕ
Введение …………………………………………………………………………………... 3
1. Строение, состав и свойства снега ……………………………………………………. 4
2. Материалы и методики исследований
Изучение снежного покрова ………………………………………………………
Качественный анализ снежного покрова …….……………………………………
Физико-химический анализ талой воды …………………………………………. 7
7
8
Результаты исследований
Описание снежного покрова …………………………………...………………...
Исследование качественного анализа снежного покрова …………...…………
Результаты химического анализа талой воды ……………………...…………... Заключение …………………..………………………………….………………………… Источники информации ………………………………………………………………….. Приложение ………………………………………………………………………………..
ВВЕДЕНИЕ
Я очень люблю зиму. Как приятно наблюдать за падающими снежинками! Как здорово покататься на коньках на спортивной площадке или поиграть с друзьями в снежки! Или упасть с мягкий пушистый снег как на перину!
Идя в школу, я заметила, что снег в разных местах имеет разный цвет: где-то он настолько белый, что слепит глаза, где-то серый, а где-то в крапинку.
Почему так происходит?
На уроках географии мы изучали, что вещества, находящиеся в воздухе оседают на поверхность земли. Значит, зимой они оседают на снег. Исходя из этого, можно предположить, что изучение снежного покрова может дать оценку экологического состояния территории с. Азей и сделать прогноз о возможных источниках загрязнения.
Цель работы: изучить состояние снежного покрова на территории села Азей; выяснить причины и характер загрязнений снега, по результатам работы сделать вывод о чистоте снега на территории села.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
Сбор и изучение теоретического материала о строении, составе и свойствах снега;
Изучение методик исследований снежного покрова;
Проведение физико-химического анализа снега и талой воды с учётом возможностей физической и химической лабораторий школы, используя пробы с разных площадок;
По результатам исследований сделать вывод об экологическом состоянии снежного покрова;
На основании полученных данных выработать рекомендации по улучшению экологического состояния территории села Азей.

1. СТРОЕНИЕ, СОСТАВ И СВОЙСТВА СНЕГА
Важнейшую роль во всех природных процессах на Земле играет вода. Она является одним из компонентов жизнеобеспечения человека, непременным условием существования всего живого и наиболее чутко реагирует на любые изменения. В природе вода на Земле находится в трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.
Снег—это замёрзшая вода. Он образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся при этом кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате оседания на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них – новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок. Образование всех шести лучей происходит в одно и то же время, в практически идентичных условиях, и поэтому лучи снежинки получаются одинаковые (Приложение 1).
Белый цвет снег приобретает от заключённого в снежинке воздуха. Снежинки состоят на 95% из воздуха, из-за чего снег имеет низкую плотность (100-400 кг/м³) и сравнительно медленную скорость падения (0,9 км/ч). В некоторых регионах снег бывает красным, зелёным, голубым. Причины этому – бактерии, грибки, пыль, содержащиеся в воздухе.
Самая крупная снежинка была зафиксирована 28 января 1887 года во время снегопада в Форт-Кео, Монтана, США. Она имела диаметр около 38 см. Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г.
Существует огромное многообразие снежинок, поэтому обычно считается, что не бывает двух одинаковых снежинок.
Снег характеризуется разнообразными параметрами: толщиной покрова, количеством в нём воды, рассыпчатостью и т. д. Типы снега можно обозначить через форму хлопьев, скорость накопления и способы скопления его на земле.
Виды снежных осадков, которые, из-за циклов таяния и замораживания, падают в виде шариков, а не хлопьев, известны как крупа. Замороженный эквивалент росы, известный как иней, образует формы снежного покрова на охлаждённых предметах при слабом ветре.
После того, как снег выпадает на землю, он может быть классифицирован как порошкообразный, когда он ещё пушистый, гранулированный, когда он прошёл цикл плавления и замораживания, и превращённый в плотный лёд после уплотнения и движения вниз в многократных циклах таяния и замораживания. Когда снег порошкообразный, то под воздействием ветра, он может создавать снежные заносы вдали от места, первоначального выпадения, формируя высокие сугробы или снежные ямы глубиной в несколько метров. Снег, выпавший на горных склонах, может превратиться в снежную плиту, которая может скатиться по крутому склону в виде лавины.
Так как между снежинками имеются большие промежутки воздуха, снег плохо проводит тепло. Это свойство используется человеком для сохранения озимых посевов. Снежный покров, как одеялом, покрывает землю, не давая траве и верхнему слою почвы вымерзнуть в зимнее время.
Так же снег относительно высокой плотности используется в строительстве иглу (зимнего жилища эскимосов куполообразной формы диаметром 3 — 4 метра и высотой около 2 метров из уплотнённых ветром снежных или ледяных блоков) (Приложение 2).
При сдавливании снег издаёт звук, напоминающий скрип (хруст). Этот звук возникает при ходьбе по снегу, надавливании на свежий снег полозьями саней, лыжами, при лепке снежков и т.п.
Скрип снега слышен при температуре ниже −5° C. Выше этой температуры скрип не слышен.
Ученые считают, что есть три основных причины возникновения звуков:
ломание кристалликов снега;
скольжение (смещение и трение) кристалликов снега друг о друга под давлением;
деформация кристаллической решетки.
Все-таки основной причиной скрипа (хруста) снега считается ломание кристалликов.
Ученые интересуются снежинками с давних пор.
Астроном Иоганн Кеплер в 1611 году издал научный трактат «О шестиугольных снежинках», в котором рассмотрел снежинки со стороны геометрии.
В 1635 году формой снежинок заинтересовался французский философ, математик и естествоиспытатель Рене Декарт.
В 1885 году, после множества проб и ошибок, американский фермер Уилсон Бентли (Wilson A. Bentley) по прозвищу «Снежинка» получил первую удачную фотографию снежинки под микроскопом. Он занимался этим сорок шесть лет, сделав более 5000 уникальных снимков. На основе его работ было доказано, что не существует двух абсолютно одинаковых снежинок.
В 1889-м году в Санкт-Петербурге действительным членом Русского Географического Общества Николаем Васильевичем Каульбарсом впервые были обнаружены снежинки необычной формы.
В 1951 году Международная комиссия по снегу и льду приняла довольно простую и получившую широкое распространение классификацию твёрдых осадков. Согласно этой системе, существует семь основных видов кристаллов: пластинки, звёздчатые кристаллы, столбцы (или колонны), иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и неправильные формы. К ним добавились ещё три вида обледеневших осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.
В 2001 году свои исследования в области снега начал профессор физики, астроном Кеннет Либбрехт (Kenneth Libbrecht) из Калифорнийского технологического института. В лаборатории профессора Либбрехта снежинки выращиваются искусственно.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Изучение снежного покрова
Цель: изучить состояние снежного покрова на пробных площадках, сделать описание внешнего состояния снега, определить его физические характеристики.
Методика: выбрать пробную площадку размером 1,5x1,5 м. Внимательно рассмотреть внешний вид снега (цвет, вид, влажность, твёрдость). Вид и цвет устанавливаются визуально.
Градации цвета снега: белый, беловато-серый, серый, голубовато-серый.
Категории вида: свежевыпавший, ледяная корка, мелкозернистый, крупнозернистый.
Влажность: сухой (образует непрочные комья, ссыпается с лопаты, большей частью рыхлый и рассыпчатый) и влажный (очень липкий, хорошо лепится в снежок, может образовывать крупные шары и глыбы).
Твёрдость (сопротивление снега вдавливанию): очень мягкий (проникает четыре пальца), мягкий (проникает один палец), твёрдый (проникает карандаш), очень твёрдый (проникает линейка или лезвие ножа).
Схема описания площадки
Мощность слоя, см. Вид снега Цвет снега Влажность Твёрдость Примечания
Качественный анализ снежного покрова
Цель: провести качественный анализ снега; определить кислотность (рН) снежной воды, прозрачность, наличие твёрдых загрязнителей и солей в снеге.
Методика: для выполнения работы необходимо заранее сделать пробы снега на выбранных площадках. Пробы снега отбираются пробирками (не руками). Пробы помещаются в пронумерованные пробирки. Дальнейшее изучение проводится в лаборатории. Во время таяния снега вода находится в двух агрегатных состояниях. Рассмотреть талую воду; отметить цвет, прозрачность и наличие взвесей. Затем талую воду профильтровать, описать загрязняющие вещества, которые можно обнаружить на фильтровальной бумаге. Провести реакцию с нитратом серебра на обнаружение в талой воде хлорид-ионов.
Показатели качества проб снега
Проба снега Прозрачность Цвет Наличие взвесей Реакция с раствором нитрата серебра
Пробирка №1 Пробирка №2 и т.д. Физико-химический анализ талой воды
Определение рН (кислотность) талой воды: показывает концентрацию ионов водорода, определяется в отфильтрованных пробах талой воды. Это можно сделать с помощью индикаторных растворов или бумажных индикаторов. В норме рН 6,5—8,5.
Цвет воды: определяют в пробирке, сравнивая с образцом чистой воды при дневном освещении. Единицей цветности служат особые градусы. Цвет чистой воды не должен превышать 400 по шкале цветности. При отсутствии видимой окраски вода считается бесцветной. Это не означает, что в ней нет примесей и загрязнений, просто они не оказывают влияния на окраску воды.
Определение цвета воды
Цвет сбоку Цвет сверху Цветность (в градусах)
Не отмечен Не отмечен 0
Не отмечен Очень слабый, желтоватый 20
Очень слабый, бледно-жёлтый Желтоватый 40
Бледно-жёлтый Слабый жёлтый 60
Бледно-жёлтый Жёлтый 150
Бледно-жёлтый Интенсивно жёлтый 300
Мутность: это содержание взвешенных частиц. Её определяют при помощи фильтрования. Объём воды пропускают через бумажный фильтр и визуально оценивают количество примесей осевших на нём.
Запах: для определения запаха следует налить исследуемую жидкость в пробирку, закрыть отверстие пальцем, энергично взболтать и, открыв, сразу понюхать. Запах может ощущаться как болотный, землистый, рыбный, огуречный, аммиачный и т.д. По интенсивности он может быть сильным, отчётливым, слабым, очень слабым. Для чистой воды допустим слабый и очень слабый запах.
Хлорид-ионы: к 10 мл пробы воды добавляют 3-4 капли азотной кислоты и 0,5 мл раствора нитрата серебра. Белый осадок выпадает при концентрации хлорид-ионов более 100мг/л, помутнение раствора – более 10 мг/л, опалесценция-более1 мг/л, при добавлении раствора аммиака раствор становится прозрачным.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Описание снежного покрова
Для изучения снежного покрова были определены экспериментальные площадки от дома до школы. Всего сделали 3 площадки для наблюдений и взятия проб снега. Площадки распределили следующим образом:1-я—спортивная площадка (70 метров от котельной); 2-я – около железной дороги; 3-я—на территории школы. Площадки заложили размером 1,5x1,5 м.
Сначала мы рассмотрели внешний вид и состояние снега.
На площадке №1 снег имел цвет серый, крупнозернистый, влажный (проникает четыре пальца). Ледяная корка 3 мм, мощность снега 20 см. Снег был очень сильно грязный из-за того, что рядом находится котельная и железная дорога, и все твердые осадки, дым оседают на поверхность снега. Соответственно при таянии такого снега в почву попадут загрязняющие вещества (Приложение 3).
Площадка № 2 находится в 5-х метрах от железной дороги. Цвет снега серый. Сверху плотная ледяная корка (5 см), а под ней крупнозернистый снег. Снежки не лепятся, но твердость хорошая. Здесь вредные вещества: капли солярки, мазута, мелкие частички угля, сажа (Приложение 4).
Самый чистый снег оказался на площадке №3 , он был мелкозернистым, рыхлым и очень липким (хорошо лепился в снежок). По твердости снег был твёрдым (проникает карандаш), к тому же была ледяная корка 1 см. Мощность снежного пласта 33 см (Приложение 5).
Исследование качественного анализа снежного покрова
Для определения качественного анализа снежного покрова сначала взяли пробы снега. Затем, когда снег растаял, мы определили качество талой воды: мутность, запах, цвет. После анализа у нас получились следующие результаты.
В пробе №1 (площадка №1) талая вода оказалась самой грязной. После фильтрования остается большое количество грязи на фильтре. В основном это мелкие частицы черного и серого цвета. Взвешенные частицы хорошо видны при таянии снега, после отстаивания взвесь оседает на дно. Запах очень слабый. Цветность равна 60 градусам (цвет сбоку бледно-желтый, цвет сверху слабо-желтый).
Проба №2 (площадка №2) имела слабо ощутимый запах. Взвешенных частиц в растворе не много. Цвет сбоку очень бледно-слабый желтоватый, цвет сверху слабый желтоватый. Цветность соответствует примерно 40 градусам. После фильтрования на фильтре есть не большое количество грязи.
В пробе №3 (площадка №3) взвешенных частиц наблюдается крайне мало, в основном они видны только на фильтре. Цвет с верху очень слабо-желтый, цвет с боку не отмечен (Приложение 6).
Вывод: Проанализировав снег по площадкам можно сказать, что количество примесей на территории школы не влияет на состояние и здоровье учащихся. Но мы и подумать не могли, что самой «грязной» окажется спортивная площадка. Полагаем потому, что она находится в непосредственной близости от котельной и железной дороги.
Результаты химического анализа талой воды
После того как были определены качественные характеристики талой воды, мы приступили к химическому анализу оставшихся образцов растаявшего снега.
Согласно методики из каждой пробы мы взяли по несколько капель воды и подействовали ими на полоски универсального индикатора, чтобы определить рН каждого образца. Индикаторы почти не поменяли цвет. Сравнив индикаторы со специальной цветной шкалой, мы сделали вывод о том, что кислотность талой воды находится в норме и соответствует 6,5.
Проводя реакцию на наличие хлорид-ионов, мы в пробы талой воды добавили сначала азотную кислоту, затем нитрат серебра. В пробе№1 раствор стал мутным, что говорит о том, что он содержит хлорид-ионов более 10 мг/л. Пробы №2 и 3, практически не изменились, значит содержание в них хлорид-ионов менее 1 мг/л (Приложение 7).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Снег является хорошим показателем чистоты атмосферного воздуха в зимний период, так как все биоиндикаторы (растения, грибы, водоросли, животные) в данное время находятся в состоянии анабиоза и не могут выполнять данную функцию (т.е. определять чистоту воздуха и воды).
Все примеси из атмосферы оседают на снежную поверхность и сохраняются в толще снега в течение холодного времени. С наступлением теплого периода, температура воздуха повышается, и снег тает, т.е. вода из твёрдого состояния переходит в жидкое. Часть вредных веществ растворяются в воде и становятся менее ядовитыми, а те примеси, которые не взаимодействуют с водой, оседают на поверхности почвы. Так происходит загрязнение почвы тяжёлыми металлами и другими вредными веществами. С потоками воды эти вещества частично поступают в верхние слои почвы, а часть вымывается стоками и попадает в водоёмы и грунтовые воды. Из почвы по корневым системам загрязняющие вещества попадают в надземные части растений (частично накапливаются в тканях растений и грибов), которые употребляют в пищу травоядные животные. Хищники питаются травоядными организмами, тем самым получая свою долю токсичных веществ по пищевой цепи. Так как соли тяжёлых металлов обычно накапливаются в организме, это может привести к постепенному отравлению и даже к летальному исходу живого организма, в том числе и человека.
После проведения лабораторных исследований мы пришли к следующим выводам:
Самым чистым участком является площадка №3. На территории школы села Азей все показатели чистоты снега находятся в норме. Исходя из этого, можно говорить об относительной чистоте атмосферы, соответственно, учащиеся дышат незагрязнённым воздухом.
Самым грязным является площадка №1, т.к. она расположена в непосредственной близости от котельной и железнодорожной станции, следовательно, все загрязняющие вещества (в основном это угольная пыль и сажа), попадая в воздух постепенно оседают на поверхности снега.
3. Все вещества, попавшие в снег, весной попадут в почву.
Результаты нашего исследования снежного покрова были предоставлены главе Азейского сельского поселения с рекомендациями:
Организовать посадку деревьев и кустарников по периметру спортивной площадки.
Установить на трубу котельной фильтры для очистки воздуха.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
Иллюстрации
http://www.vroum52.com/polnord.img/Igloo_construction.jpghttp://old.southural.ru/photos/photos/1645.jpg
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение 1
Снежинки


Снежинки, увеличенные при помощи сканирующего электронного микроскопа.
Приложение 2
Иглу – жилище эскимосов


Приложение 3
Площадка №1


Приложение 4
Площадка №2



Приложение 5
Площадка №3


Приложение 6


Проба 1 Проба 2 Проба 3
Приложение 7