ПРОЕКТ «ВИРІШЕННЯ ЄКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ СЕЛА КАРПАТИ (ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАСЕЛЕННЯ ПИТНОЮ ВОДОЮ)» Скоморох А.С., учениця 8 класу Карпатської ЗОШ I – II ст. № 16, член ради ВДС «Екологічна варта», Луганська область
Вода в природе Никого из нас не удивляет дождь или падающий снег, гладь плавно текущей реки или озера. Другое дело – огромные просторы морей и океанов, водопады, гигантские ледники, сползающие с заоблачных высот, струи гейзеров, подобно фонтанам бьющие из-под земли. От этих красот у любого захватит дух. Но редко кто задумывается над тем, откуда взялись моря или реки, дождь или снег, каковы свойства воды, предстающей в таком разнообразном виде. Вода – самая загадочная жидкость на Земле. Певцы древних степных народов издавна воспевали её, поэты посвящали ей удивительные строки. Даже о капле воды написано множество страниц. А учёные по сей день, как и сотни лет назад, не могут дать точного ответа на, казалось бы, несложный вопрос: что такое вода? Французский писатель и лётчик Антуан де Сент-Экзюпери ответил на этот вопрос так: « Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь. Ты наполняешь нас невыразимой радостью… Ты – самое большое богатство на свете». Вода – самое распространённое неорганическое соединение на нашей планете. Ученые считают, что было бы правильно назвать нашу планету Вода, поскольку её поверхность на 2/3 покрыта водой. Откуда же взялась вода на нашей планете? Установлено, что появление воды и возникновение гидросферы тесно связанно с процессом образования и формирования самой Земли. Это подтверждено всемирно известными трудами О. Ю. Шмидта и О. П. Виноградова. Наиболее признанную научную теорию об образовании Земли из пылевой тучи галактического вещества выдвинул и обосновал О. Ю. Шмидт. По этой теории, в пылевой туче в виде ледяной пыли была и вода. Академик О. П. Виноградов научно обосновал, что в процессе формирования Земли, которая разогревалась за счёт радиоактивного распада и уплотнения вещества, из ледяной пыли Земли образовалась гидросфера. Длительные физико-химические процессы привели к
появлению на поверхности планеты воды в виде пара, которая благодаря конденсации превратилась в редкую воду. Считается, что из коры земли выделилось на поверхность не менее как 3,7 млрд. км 3 воды. По мнению учёного, стабилизация океана и атмосферы произошла 2 ‒ 3 млрд. лет тому назад. А процесс выделения воды из земной коры продолжается ещё и сейчас. Нашей воде пять миллиардов лет. Всё та же, что когда-то возникла на Земле, вода «используется» снова и снова. Это становится возможным благодаря непрерывному циклу, который называется круговоротом воды в природе. Вода занимает 70,8 % поверхности нашей планеты, или 361 миллион квадратных километров, а суша — лишь 29,2 %, или 148 миллионов квадратных километров. А вот если сравнить северное и южное полушария, то окажется, что в северном полушарии суши значительно больше, чем в южном. В северном полушарии суша представляет 39,9%, или 100,5 миллионов квадратных километров, а южный—19 %, или 48,5 миллионов квадратных километров.
Свойства воды Вода из глубокой древности возбуждала воображение человека. Ведь все видели, что влага способствует росту растений, что в воде живут живые существа, что без неё не может существовать ничто живое. Однако миновали тысячелетия, прежде чем появились научные данные о воде. Классическую формулу воды Н20 установили в 1805 г. Ж. Гей-Люссак А. Гумбольдт. В XVIII ст. француз Лавуазье пропустил водяные пары через разжаренное дуло ружья и разложил воду на водород и кислород. Этим он доказал, что вода - сложное вещество. Вода была разложена на водород и кислород и установлены массовые (1: 8) и объёмные (2:1) соотношения водорода и кислорода в молекуле воды. Англичанки Кавендиш и Пристли синтезировали воду, сжигая водород в кислороде. Долгое время считали, что вода простое вещество, но впоследствии выяснилось, что это не так. С открытием изотопов Гидрогена и Оксигена доказано, что в сочетании они могут образовывать много изотопных разновидностей воды. «Вода! Ты не имеешь ни цвета, ни запаха. Тебя не опишешь. Тобою наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь». Обратимся к общей характеристике свойств воды, делающих её самым удивительным веществом на Земле. И первое, самое поразительное, свойство воды заключается в том, что вода принадлежит к единственному веществу на нашей планете, которое в обычных условиях температуры и давления может находиться в трёх состояниях: в твёрдом (лёд), жидком и газообразном (невидимый глазу пар). Вода обладает исключительно высокой теплоёмкостью по сравнению с другими жидкими и твёрдыми телами. Например, вода в озере при одинаковой температуре воздуха и одинаковом получаемом ею солнечном тепле нагреется в 5 раз меньше, чем сухая песчаная почва вокруг озера, но во столько же раз больше вода будет сохранять полученное тепло, чем почва.
Вода имеет высокую звукопроводимость, которая равняется приблизительно 15 см/с. Лёд и чистая вода почти не проводят электрического тока. Удивительной особенностью воды являются её температуры замерзания и кипения. Если рассмотреть ряд соединений водорода с другими элементами, например с серой, селеном, теллуром, то можно заметить, что существует закономерность между их молекулярными весами и температурами замерзания и кипения: чем выше молекулярные массы, тем выше температурные значения (см. таблицу). Зависимость температуры замерзания и кипения некоторых соединений водорода от молекулярного веса Соединения водорода H2Te H2Se H2S H2O
Молекулярный вес 130 81 34 18
Температура, ° С замерзания
кипения
-51 -64 -82 0!
-4 -42 -61 +100
Ещё более удивительное и не менее неожиданное свойство воды – это изменение её плотности в зависимости от изменения температуры. Со снижением температуры плотность воды увеличивается. Наибольшая её плотность при температуре +4°С. При 0 °С вода замерзает, превращаясь в лёд. При этом наблюдается интересное явление: объём образованного льда почти на 10 % больше от объёма исходного количества воды, а его плотность меньше, чем плотность воды. Исключительное значение этого свойства всем достаточно понятно. Если бы этого свойства не было, лёд не смог бы плавать, водоёмы промерзали бы зимой до дна, что было бы катастрофой для всех живущих в воде. А для человека это свойство воды не всегда приятно – замерзание воды в водопроводных трубах приводит к их разрыву. Одним из основных качеств воды есть её прозрачность. Чтобы оценить прозрачность воды, люди вот уже 100 лет пользуются диском Секки. Это белый металлический круг диаметром 30 см. Корабль выходит на точку измерения, и из борта в воду спускается диск. Единственное условие: он должен находиться в горизонтальном положении. Глубина, на которой диск Секки видно последний раз, и является прозрачностью воды. Всем известна удивительная прозрачность вод Байкала. Но оказывается, что на Земле есть более чистые и прозрачные места! По последним данным, прозрачным морем является море Ведделла, которое омывает берега Антарктиды. Белый диск Секки остается видимым на глубине 79 метров! Одним из самых прозрачных морей (кроме холодного моря Ведделла) является тёплое и очень обжитое человеком Средиземное море. 53 метра такую глубину прозрачности в его водах показал диск Секки. К сожалению, с каждым
годом повторять этот результат морю становится всё сложнее и сложнее. Слишком сильно загрязняет его человек. Вода широко используется в качестве растворителя в химической технологии, а также в лабораторной практике. Она представляет собой универсальный растворитель, необходимый для протекания биохимических реакций. Вода обладает способностью выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя. Она окисляет металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений выше олова.
Химическая лаборатория Мы живём в живописном селе Карпаты Перевальского района. Некогда здесь бурлила жизнь: функционировало птицеводческое хозяйство «Лиман», приезжала молодёжь со всей страны на работу, рождались дети и был для них детский сад, построили школу на 200 мест. Сейчас наше село медленно умирает - нет птицесовхоза, разрушен детский сад, осталась только школа. Обучается в ней 52 ученика. С 2006 года наша школа является членом Всеукраинской детской организации «Экологична варта». Нам не безразлична судьба окружающей среды. Члены «Экологичной варты» активно принимают участие во многих экологических акциях и проектах. В 2007 году голова «Экологичной варты» Карпатского осередка Фатеева Екатерина заняла 1 место в областном конкурсе-защите экологических проектов среди ученической молодежи ВЕЛ. В школе действует экоателье, эко-театр, традицией стало проведение месячника «Окружающей среды» и каждый четверг – акция «Прибери планету». Учащиеся школы неоднократно принимали участие в областном фестивале «Свежий ветер» и занимали призовые места. Ещё одна причина упадка села - недостаток воды летом. Односельчане бедствуют. Хоть и есть централизованный водопровод, но он часто выходит из строя. В километре на северо-восток от села имеется небольшой искусственный пруд, подпитываемый подземными источниками. Мы взяли эти источники под свою охрану: каждую весну расчищаем их, обкладываем дикими камнями. Дали им названия «Кристаллик» и «Холодок». Завели на них паспорта. Паспорт на источник «Кристаллик» В нашем селе Карпаты проживает 650 жителей. Учитывая, что для питья в сутки необходимо 2 литра воды, получаем: 650 х 2=1300 литров. Рассчитала мощность родника «Кристаллик», время, за которое наполняется 1 литр водой. Мощность составила 480 литров. Итого: 1300 л: 480 л = 3 источника. Вывод: для обеспечения населения нашего села Карпаты чистой водой для питья необходимо три источника. Всем известно, что статус государства наличие чистой воды. К большому сожалению в нашем государстве чистой воды нет! Поэтому перед нами, будущим поколением, стоит проблема не из лёгких. В итоге проведённого исследования я установила, что питьевой водой местное население практически обеспечено. Но какое качество этой воды?
С этой целью я провела исследования качества водопроводной, родниковой и талой воды. Опыт1. Определение рН воды (5,0-6,8) Осуществляем с помощью универсальной индикаторной бумаги. Опыт 2. Выявление нитратов и нитритов. К 5 мл воды осторожно приливаем по стенкам пробирки 1 мл раствора дефениламина; не должно появляться голубого окрашивания. Голубой цвет раствора – наличие нитратов и нитритов. Опыт 3. Наличие в воде хлоридов, сульфатов, солей кальция и тяжёлых металлов. Определяем качественными реакциями. Хлориды 5 мл воды + 1 мл нитрата серебра в азотистой основе. Помутнение раствора – наличие хлоридов. Сульфаты 5 мл воды + 1 мл хлорид бария в хлористоводородной среде. Помутнение раствора – наличие сульфатов. Соли тяжёлых металлов 5 мл воды + 1 мл сульфид натрия в уксуснокислой среде. Наличие изменений указывает на содержание в воде солей тяжёлых металлов. Данные опытов указаны в таблице № 3. Талая вода
5,0
№ 2. Водопроводная вода 5,3
-
-
-
-
+
-
Сульфаты
-
-
-
Соли тяжёлых металлов
-
-
+
Наименование опыта Определение рН воды (5,0 – 6,8) Нитраты и нитриты Хлориды
№ 1. Родниковая вода
5,0
Вывод: в водопроводной воде выявлены хлориды, а в родниковой – хлориды отсутствуют. В талой воде присутствуют соли тяжелых металлов.
Значение воды Вода – важнейшая составляющая среды нашего обитания. После воздуха, вода второй по значению компонент, необходимый для человеческой жизни. Насколько важна вода свидетельствует тот факт, что её содержание в различных органах составляет 70 - 90%. Вода необходима для поддержания всех обменных процессов, она принимает участие в усвоении питательных веществ клетками. Пищеварение становится возможным только тогда, когда пища приобретает растворимую форму. Потребление чистой воды обеспечивает нормальную работу внутренних органов. Она сохраняет гибкость нашего тела, смазывает наши суставы и помогает проникновению питательных веществ. Как замечательно говорили о воде великие люди! Аксаков назвал её красой природы, Менделеев – кровью природы. Человек как-нибудь обойдётся без нефти, алмазов, изобретёт новые двигатели, но без воды он не сможет жить. Люди всегда обожествляли воду. Нет ни одного народа, у которого вода не считалась бы матерью всего живого, целебной и очистительной силой, источником плодородия. Ни одно живое существо не может жить в абсолютно сухом пространстве и не может оставаться живым, лишившись воды. Каждый организм может потерять только вполне определённую часть содержащейся в нём воды. У человека потеря 10 % воды вызывает целый ряд расстройств, а потеря 20 % воды – смерть. Большую роль играет вода в жизни растений. Вода доставляет растениям из почвы питательные вещества и в известной мере регулирует температуру растений; испаряясь с поверхности листьев, она предохраняет их от перегрева в летний зной. Велика роль воды и в технике. Невозможно представить такую отрасль промышленности, где бы в том или другом виде, для тех или иных целей не применялась вода. Вода служит источником энергии. Вода переносит тепло. Вода используется как прекрасный растворитель для многих веществ. Вода является той средой, в которой протекает огромное количество различных химических процессов. В истории нашей планеты вода также имеет исключительно важное значение. Пожалуй, никакое другое вещество не может сравниться с водой по своему влиянию на ход тех величайших изменений, которые претерпела Земля за многие сотни миллионов лет своего существования.
Вода и экология Бурное развитие промышленности создало смертельную угрозу для всех водоёмов. В реки, моря и океаны сбрасывают миллиарды тонн ядовитых и загрязнённых вод. Лишь в украинские реки ежегодно сбрасывают 22 км 3 разных промышленных отходов. Трудно даже перечислить те беды, которые уже испытал Мировой океан от «нефтяной чумы». Достаточно указать, что от аварий танкеров, морского транспорта в Мировой океан ежегодно попадает свыше 10 млн. тонн нефти. Загрязнение нефтью огромных площадей поверхности воды привело к гибели огромного количества рыбы, птиц. Загрязнение воды не только угрожает жизни жителям моря, но и нарушает круговорот воды, следовательно, и ухудшает климат. Пагубно влияет на природу и то, что в реки, озёра, моря и океаны попадает огромное количество промышленных и бытовых отходов, ядохимикатов. Очень сильное загрязнение водных бассейнов вызывают вещества, применяемые для стирки белья, мытья посуды, чистки и т.д. Они действуют на органы дыхания обитателей водоёмов, которые гибнут. Очень опасны для здоровья человека соединения свинца и ртути. Основной источник свинца – продукты бензина. Для предотвращения взрыва бензина в двигателе в него добавляют соединения свинца, они не сгорают и поступают в воздух. Сотни миллионов автомашин выделяет в атмосферу огромное количество свинца. Большая часть, в конце концов, попадает в океаны. Подсчёты показывают, что в воде мирового океана ежегодно поступает до 200 тыс.т свинца. Свинец накапливается в костях рыб, птиц, человека. Ртутью загрязнена вся толща океанических вод. В виде паров ртуть может переноситься на огромные расстояния. Источники загрязнения ртутью – природные вулканические процессы, потери и отходы различных производств. Ртуть разрушает кровь человека (и свинец тоже), вызывая тяжелейшие заболевания всего организма. В природе есть основной закон. Закон сохранения веществ. Если его перефразировать, то получается: «Если вы где–то, что–то выбросили (развеяли по воздуху, слили в речку, закопали в землю), это «что-то» рано или поздно вернётся к вам на стол. Пыль и газовые выбросы с кислотными дождями осядут на землю. Эти дожди растворят попутно и то, что мы закопали в землю или выбросили на свалку. А дальше ручейки вольются в реки, реки в моря и океаны. Из таких малых и больших рек и подземных горизонтов мы берём воду для питья, этой водой поливаем свои сады и огороды. И хотя вода обладает уникальной самоочищающей способностью, ей не «по зубам» многие синтезированные человеком вещества, (например, ядохимикаты, применяемые для протравливания зерна и обработки растений, или биологически жёсткие, т.е. в природных условиях трудно разлагаемые синтетические моющие средства). И, если последние сами не являются ядами, то в водной среде они, по мнению специалистов, способствуют образованию канцерогенных соединений, вызывающих онкологические заболевания.
Водные ресурсы планеты являются едва ли не самыми значимыми для существования жизни на планете. Истощение запасов и загрязнение пресных вод является насущной проблемой человечества.