Исследовательская работа по экологии " Глобальное потепление климата"

Муниципальное образовательное учреждение

Лицей г. Маркса Саратовской области

Экологические проблемы современности.

Глобальное потепление климата как следствие загрязнения атмосферы в результате действия антропогенного фактора.

Проект выполнили:

Журавлёв Михаил Антонович

Кошелева Дарья Дмитриевна

Ученики 10 класса МОУ- Лицей

Рук. Калантарова Е.Р.

Учитель биологии

МАРКС-2020

Содержание

Содержание------------------------------------------------------------ 2

Введение--------------------------------------------------------------- 3-4

Материал и методика------------------------------------------------ 5-9

Результаты исследований------------------------------------------- 10- 15                   

Выводы----------------------------------------------------------------- 16-17

Литература--------------------------------------------------------------18

Введение

       Жизнь на Земле сформировалась под действием многих экологических факторов (свет, температура, вода, свойства почв, засоление и др.) Экологические факторы делятся на  абиотические (климат, рельеф), биотические и антропогенные   - воздействие человека на природную среду и отдельные её компоненты. Температура является одним  из основных экологических факторов на Земле, который может существенно повлиять на жизнь планеты.

   В настоящее время в климате Земли господствует тенденция к глобальному потеплению, которую признает большинство ученых. Данная тенденция имеет особое значение, поскольку она не связана с естественными причинами, а спровоцирована деятельностью человека. При этом скорость изменения климата за последние 1300 лет набрала огромные обороты.      В середине 19 века научному миру стало понятно, как велико влияние углекислого газа и других парниковых газов на температуру планеты.

  По статистике 10 самых теплых лет Земля пережила за последние 12 лет. Ученые подчеркивают, что эта тенденция не изменилась даже в 2000-е годы, когда наблюдался существенный спад солнечной активности: даже в 2007–2009 годах при минимуме солнечной активности температура поверхности планеты продолжала расти.

    Лето 2010 года оказалось аномально жарким за последние десятилетия, последствия которого были катастрофическими. Особенно уязвимыми в этом отношении оказались древесные растения, произрастающие в городской среде.  Произошло нарушение многих физиологических процессов в растительном организме.      При действии высоких температур в клетках растений синтезируются стрессовые  белки (белков теплового шока). Растения сухих, светлых мест обитания более стойки к жаре, чем тенелюбивые.  Способом защиты от перегрева может служить усиленная транспирация, обеспечиваемая мощной корневой системой. В результате транспирации температура растений снижается иногда на 10-15 °С.  Завядающие растения, с закрытыми устьицами легче погибают от перегрева, чем достаточно снабженные водой.

    Высокий температурный режим и пониженная влажность воздуха в посадках деревьев на городских улицах приводят к более интенсивной транспирации, чем у растений садов и парков. Особенно велики потери влаги (независимо от условий произрастания) у рябины обыкновенной, березы бородавчатой и клена остролистного.

     Глобальное потепление климата является следствием антропогенной деятельности человека, под действием которого могут происходить существенные изменения в природной среде, чаще всего носящий отрицательный характер. Деятельность человека оказывает заметное влияние на химический состав атмосферы нашей планеты в сторону увеличения содержания в ней парниковых газов. Действительно повышение средней температуры воздуха нижних слоёв атмосферы Земли на 0,8°С за последние 100 лет – слишком высокая скорость для естественных процессов, ранее в истории Земли такие изменения происходили в течение тысячелетий. Последние десятилетия добавили ещё большей весомости этому аргументу, так как изменения средней температуры воздуха происходили еще большими темпами — 0,3-0,4°С за последние 15 лет!

К причинам, вызывающим обострение парникового эффекта в атмосфере, относят:
- хозяйственную деятельность, которая меняет газовый состав и вызывает запыленность нижних воздушных слоев Земли;
- сжигание углеродосодержащих видов топлива, уголь, нефть и газ;
- выхлопные газы автомобильных двигателей;
- функционирование теплоэлектростанций;
- сельское хозяйство, связанное с излишним гниением и переизбытком удобрений, значительным приростом поголовья скота;
- добычу природных ископаемых;
- выброс отходов быта и промышленных производств;
- вырубку лесов.

    Каким бы ни был научно-технический прогресс, для будущего развития человечества жизненно важно сохранение природных ресурсов. То, что мы сегодня понимаем под природой, уже несет глубокий отпечаток нашей деятельности, деятельности человека, т. е действие антропогенного фактора на окружающую среду.

Цель исследовательской работы: Выявить наиболее существенные экологические проблемы в современном мире и оценить влияние человека на изменение климата.

 Задачи:

1.     Определить степень влияния естественных и антропогенных факторов на состояние городской экосистемы и выявить их взаимосвязь между собой.

2.     Изучить проблему глобального повышения температуры на Земле как следствие действия антропогенного фактора.

3.     Оценить  уровень загрязнения атмосферного воздуха в городе Марксе, используя различные методы исследования.

Методика исследований.

Все исследования проводились в городе Марксе в период с июня по октябрь 2020 года. Объекты исследований - древесные растения разных пород, лишайниковая флора. В работе были использованы различные методы исследования: наблюдение, сравнительный анализ и метод биоиндикации.

1.     Определение устойчивости древесных растений к высоким температурам

Температура - один из основных экологических  факторов  на Земле. Разные типы растений по разному относятся к этому фактору. Данное исследование   позволит выявить наиболее устойчивые древесные виды,  что очень важно для создания уличных посадок  в районах с жарким климатом. Принцип  метода предложен Ф.Ф. Мацковым.  Суть метода заключается в следующем: собранные листья подвергаются действию высоких температур и  раствора соляной кислоты.

Исследуемые листья необходимо  вначале поместить в воду, нагретую до 40, выдержать 30 минут, затем промыть в холодной воде и опустить в раствор соляной кислоты. Неповреждённые клетки останутся зелёными, а повреждённые побуреют. Постепенно доводят температуру до 80 и повторяют все действия. Через 20 минут после погружения в кислоту, отмечают побуревшие участки. Результаты заносят в таблицу. Далее строится ряд термостойкости древесных пород.

2.     Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта (по концентрации СО)

Загрязнение атмосферного воздуха  удобно оценивать по содержанию оксида углерода  СО.  Известно, что автотранспорт выбрасывает в воздушную среду около 200 компонентов, среди которых угарный газ, углекислый газ, свинец и другие токсичные вещества. Данная методика позволяет оценить загруженность транспортом различных участков улицы и рассчитать уровень загрязнения  воздушной среды.

Сбор материала по загруженности дороги проводится путём подсчёта автомобилей разных типов. На каждой точке наблюдений производится оценка улицы по следующим параметрам:

-тип улицы

-уклон

-скорость ветра

-наличие защитной полосы из деревьев и т. д.

Все данные заносятся в таблицу. По формуле  высчитывается  концентрация окиси углерода

К (СО)= ( 0,5+ 0,01NХК(т))ХК(а)ХК(у)ХК(с)ХК(в)ХК(п), где:

0,5- фоновое загрязнение атмосферного воздуха

N-суммарная интенсивность движения автотранспорта на дороге, автом./час

К(т)-коэффициент токсичности автомобилей по выбросам окиси углерода

К(а)- коэффициент, учитывающий аэрацию местности.

К(у)- коэффициент, учитывающий изменения загрязнения атмосферы  в зависимости от величины уклона

К(с)- коэффициент, учитывающий изменение конц. СО от скорости ветра.

К(в)- коэффициент, учитывающий изменение конц. СО от влажности воздуха

К(п)- коэффициент увеличения загрязнения атмосферы у пересечений.

Коэффициент токсичности автомобилей определяется по формуле:

К(т)= Р(i).К(тi), где Р(i) - состав автотранспорта в долях единицы

К(тi) определяется по таблице

3.     Оценка состояния окружающей среды по  наличию, обилию и разнообразию лишайников.

   Лишайники относятся к числу наиболее ценных биоиндикаторов атмосферного загрязнения и всё чаще привлекаются к получению информации, характеризующей степень загрязнения воздуха в городах.  Лишайники – очень интересная и своеобразная группа низших растений. В лишайнике сочетаются два организма с противоположными свойствами: водоросль, чаще зелёная, которая в процессе фотосинтеза создаёт органическое вещество, и гриб получает от водоросли органические вещества – углеводы, а водоросль получает от гриба воду с растворёнными в ней минеральными солями. Лишайники – очень медленно растущие организмы.

Методы оценки загрязненности атмосферы по встречаемости лишайников основаны на следующих закономерностях:

 1) чем сильнее загрязнен воздух города, тем меньше встречается в нем видов лишайников (вместо десятков может быть один-два вида);

 2) чем сильнее загрязнен воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев;

 3) при повышении загрязненности воздуха исчезают первыми кустистые лишайники (растения в виде кустиков с широким плоским основанием); за ними - листоватые (растут в виде чешуек, отделяющихся от коры); последними - накипные (имеют слоевище в виде корочки, сросшейся с корой)

1.Изучить видовое разнообразие эпифитных лишайников на исследуемых территориях.

2. Исследовать жизнеспособность и состояние слоевищ лишайников;

Обследовали  10 случайно выбранных деревьев с целью изучения видового разнообразия и  жизнеспособности и состояния слоевищ  и  сделали соответствующие выводы. Все данные занесли в таблицу. По видовому составу лишайников и их встречаемости, а так же жизнеспособности и состоянию слоевища можно судить о степени загрязнения воздуха.

3. оценка степени покрытия ствола лишайниками проводится по методике измерения проективного покрытия: Для этого на высоте 30 – 150 см на наиболее заросшую лишайниками часть коры накладывается прозрачная палетка размером 10x10 см (палетку расчерчивают на квадраты размером 1x1 см).

Подсчёт лишайников проводится следующим образом:

Считается число квадратов сеточки, в которых лишайники визуально занимают больше половины площади квадрата (А), условно приписывая им покрытие, равное 100%;

Считается число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (В), условно приписывая им покрытие, равное 50%;

Вычисляется общее проективное покрытие в процентах (R) – по формуле: R=(100А+50В):С,

где С – общее число квадратов сеточки (в данном случае при использовании сеточки 10x10 см с ячейками 1x1 см, С=100). Все данные заносятся в таблицы.

   Зная виды лишайников, можно точно установить концентрацию сернистого газа в воздухе. Если в какой-либо части леса нет ни одного лишайника, значит концентрация сернистого газа больше, чем 0,3 мг/м3.

Ксантория,  фисция,  леканора- содержание сернистого газа от 0,05 до 0,20 мг/м3

Пармелия  оливковая (Parmelia Olivacea)  -         не более 0,05 мг/м3

Гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes) -    до 0,23 мг/м3

4.     Изучение ассиметрии листовой пластинки берёзы.

      Листовая пластинка древесных растений реагирует на различные токсические примеси, которые присутствуют в окружающей среде и могут использоваться как растения-индикаторы оценки суммарной техногенной нагрузки атмосферного воздуха.

  Сбор материала следует проводить после остановки роста листьев (в средней полосе начиная с июля). У березы повислой собирают листья из нижней части кроны дерева с максимального количества доступных веток равномерно вокруг дерева.  Размер листьев должен быть сходным, средним для данного растения. Поврежденные листья могут быть использованы для анализа, если не затронуты участки, с которых будут сниматься измерения. С растения собирают несколько больше листьев, чем требуется, на тот случай, если часть листьев из-за повреждений не сможет быть использована для анализа.

    Материал для исследований (листовые пластинки березы повислой) был собран в сентябре 2020 года в городской черте в аллее Героев.

Для определения функциональной асимметрии листовых пластинок определялись следующие параметры:

1- ширина левой и правой половинок листа. Для измерения лист складывают пополам, совмещая верхушку с основанием листовой пластинки. Потом разгибают  лист,  и по образовавшейся складке измеряется расстояние от границы центральной жилки до края листа.

2 - длина жилки второго порядка, второй от основания листа.

3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка.

4 - расстояние между концами этих же жилок

Расчет показателей проводится по формуле (L-R) / (L+R) (разность между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров: (L-R) / (L+R)

I < 0,040              Условная норма

II 0,040 – 0,044  Растения испытывают слабое влияние неблагоприятных факторов

III 0,045 – 0,049  Загрязненные районы

IV 0,050 – 0,054  Сильно загрязненные районы

V > 0,054  Крайне неблагоприятные условия, растения находятся в сильно

угнетенном  состоянии.

Все данные занесли в таблицы и сделали соответствующие выводы.

Результаты исследований

1. Определение устойчивости древесных растений к высоким температурам

В результате проведённых исследований получен ряд наиболее устойчивых древесных пород к высокой температуре. Самыми устойчивыми являются: тополь обыкновенный, берёза, рябина обыкновенная клён остролистный, (ряд термостойкости представлен по степени убывания).

Объект	Степень повреждения листьев
Температура	50	60	70	80
Тополь обыкновенный	_	_	_	+
Берёза	_	_	+	+
Рябина обыкновенная	_	+	++	++
Клён остролистный	_	+	++	+++

«- отсутствие побурения

«+»- слабое побурение

«++»- побурение более 50% площади листа

«+++»- побурение более 80%  листа

Все результаты, полученные опытным путём, сравнили с результатами наблюдений по городу в естественных условиях  в период летней аномальной жары и засухи. ( фото из архива 2010 года) 

Центральные районы города. Под действием высокой температуры листья и ягоды рябины засохли.

Клёны в центре города. В середине июля начался листопад. Под действием засушливой и жаркой погоды листья облетели.

Одним из факторов городской среды, особенно значительно влияющим на внутренние процессы роста и развития древесных  пород, является пыль, твердые фракции дыма и выхлопные газы автомобилей. Забитые пылью и копотью устьичные щели уменьшают интенсивность и скорость прохождения процессов газообмена и отдачи растением воды, что резко ухудшает фотосинтез.  По нашим наблюдениям наиболее сильно страдают древесные растения в центральных районах города  вблизи оживлённых магистралей при отсутствии полива.

Вывод: Наиболее устойчивыми к высокой температуре древесными растениями являются тополь обыкновенный и берёза; наименее устойчивые - рябина обыкновенная и клёны.

2.Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта (по концентрации СО)

Данное исследование проводили в районах города, наиболее загруженных автотранспортом- проспект Ленина. В результате проведённого подсчёта загруженности  дорог, получили следующие данные.

Таблица 1

Название исследуемого участка	Коэффициент токсичности автомобилей	К(а)- коэффициент, учитывающий аэрацию местности.	К(у)- коэффициент, учитывающий изменения загрязнения атмосферы в зависимости от величины уклона
Проспект Ленина в районе аллеи Героев	1,45	0,6	1,06

 Таблица 2

Название исследуемого участка	К(с)- коэффициент, учитывающий изменение конц. СО от скорости ветра.	К(п)- коэффициент увеличения загрязнения атмосферы у пересечений.	К(в)- коэффициент, учитывающий изменение конц. СО от влажности воздуха
Проспект Ленина в районе аллеи Героев	1,05	1,9	1

Коэффициент токсичности автомобилей вычислили по формуле и далее рассчитали по формуле концентрацию окиси углерода и  получили следующие данные:

Проспект Ленина

Коэффициент токсичности К(т)=1,45 х N=250 единиц автотранспорта в час

К (СО)= (0,5+0,01.250.1,4).0,6.1,06.1,05.1,9.1=5,32мг/м в кубе

ПДК выбросов автотранспорта по окиси углерода составляет 5 мг/м в кубе

Вывод: Концентрация оксида углерода СО  на проспекте Ленина в районе аллеи Героев   составляет 5, 32 мг/м в кубе, что  близко к ПДК.

3.Оценка состояния окружающей среды по  наличию, обилию и разнообразию лишайников.

 При проведении исследований мы обнаружили три вида эпифитных лишайников

 Леканора( накипной лишайник у основания стволов)

 Ксантория настенная (Xanthoria parietina)

 Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata)

Вывод: Содержание сернистого газа в атмосфере колеблется  от  0,05 до 0,20 мг/м3

 Обилие для каждого вида определяется визуально по пятибальной шкале:

5 баллов - встречаются слоевища в большом количестве и обильно;

4 балла - обильно;

3 балла - в небольшом количестве;

2 балла - в очень малом количестве

1 балл – единичны

Таблица № 1 «Видовое разнообразие лишайников и их особенности».

№ дерева	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Виды лишай никое	ксан тория	ксантрия	Пармелия, ксантория	ксан тория	леканора. ксантория	ксан то­рия	ксан то­рия пармелия	леканора.	ксан тория пармелия.	ксантория
Жиз-неспо- соб-ность	Уме ренная	Низ кая	умеренная	Уме рен-пая	Высокая	Уме рен-ная	Уме рен-ная	Высокая	Умеренная	Низкая
Состо яние слоевища	Здоровое	Чахлое	здоровое	здоровое	здоровое	Здоровое	Здоровое	здоровое	Здоровое	Чахлое

Таблица № 2 «Оценка чистоты встречаемости и степени покрытия по пятибалльной шкале».

Частота встречаемости (в%)		Степень покрытия.		Баллы
. Очень редко	Менее 5%	5-20%	Очень низкая	1
Редко	5-20%	20-40%	Низкая	2
Редко	20-40%	40-60%	Средняя	3
Часто	40-60%	60-100%	Высокая	4
Очень редко	60-100%	60-100%	Очень высокая	5

Таблица № 3 «Оценка чистоты воздуха в аллее Героев

№ дерева	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Степень покрытия лишайниками %	40	48	45	35	35	45	50	35	40	48
Кол-во видов лишайников.	1	1	2	1	2	1	2	1	2	1

Вывод:  На исследуемой территории встречается 3 вида лишайников. На большей части деревьев слоевище здоровое. Степень покрытия лишайниками составила в среднем 35-50%, что  говорит о средней ( небольшой) степени покрытия. Наибольший % процент покрытия наблюдается у основания стволов. Выше 1,5 м степень покрытия уменьшается.

4.  Изучение  ассиметрии  листовой пластинки берёзы повислой.

Таблица №1 « Изучение параметров листовой пластинки»

№ листа	1	2	3	4		Величина асимметрии листа
1	0,07	0.02	0.1	0		0.04
2	0,06	0.01	0	0		0.01
3	0.03	0.02	0.1	0.1		0.05
4	0,01	0.	0.	0.		0.025
5	0,02	0.02	0.01	0.071		0.04
6	0.02	0.	0	0.2		0.05
7	0,08	0.05	0.	0,07		0,05
8	0,01	0.01	0.1	0.05		0.04
9	0,03	0.01	0,1	0.06		0.05
10	0,05	0.01	0	0.04		0,025
Величина асимметрии в выборке:					Х= 0,029

.

Таблица №2

	слева	справа	слева	справа	слева	справа	слева	справа
1	3,3	3,5	4,5	4,3	0,5	0,4	1,4	1,4
2	3,1	2,7	4	3,9	0,4	0,4	1,7	1,7
3	3,5	3,3	4,8	4,6	0,4	0,3	1,6	1,7
4	3	2,9	4	4	0.4	0,4	1,5	1,5
5	2,2	2,1	3,5	3,4	0,7	0,8	1,2	1,3
6	3,2	3,5	4,8	4,8	0,4	0,4	1,6	1,2
7	2,4	3	3,9	3,5	0,4	0,4	1,2	1
8	3	3,1	4	3,9	0,4	0,3	2	1,8
9	3,2	3	4,7	4,8	0,3	0,4	2	1,7
100000000 11	3,5	3,2	4,6	4,5	0,3	0,3	2,2	2

Выводы: Величина ассиметрии листовой пластинки берёзы составила 0,029, что меньше условной нормы, т.е. растения находятся в благоприятных условиях.

Выводы

        На основании полученных данных можно сделать соответствующие выводы: на состояние городской экосистемы оказывают большое влияние как естественные, так и антропогенные факторы. Но степень влияния действия человека на состояние окружающей среды выше и носит более  разрушительный  и необратимый  характер. Во всех районах города,   как в центральных районах, так и в удалённых от центра  наблюдается       отрицательное антропогенное воздействие на природную среду, что выражается в изменении почвенного, растительного покрова, изменение животного населения. Опытным путём нами доказано, что действие стрессовых экологических факторов  ( аномальная жара и засуха) выражается в изменении и нарушении структуры клеток, тканей и физиологических функций всего организма. Результаты, полученные нами экспериментальным путём, совпадают с наблюдениями, проведёнными в естественных условиях. Как и в любом  городе, в нашем родном городе  имеется ряд экологических проблем : проблема загазованности и как следствие этого ухудшение качества атмосферного воздуха, что сразу отражается на состоянии зелёных насаждений, вырубка древесных насаждений, плохое состояние водной среды. У нас мало промышленных производств, но за последние годы сильно увеличилось количество автомобилей, что не может не сказаться на состоянии атмосферного воздуха

     Экологические факторы, как абиотические, так и антропогенные, действуют совместно. Изменение климата Земли является следствием ухудшения состояния атмосферы и является результатом действия антропогенного фактора. Действие антропогенных факторов всегда усугубляет действие естественных факторов и приводит к необратимым последствиям.

Каждое из последних трех десятилетий было теплее, чем все предыдущие десятилетия с начала статистических исследований в 1850 году.

Если выбросы CO2 не сократятся, ученые ожидают, что к 2100 году средняя температура увеличится на 1,5–5,3°C.

Если не предпринимать никаких действий, это будет иметь пагубные последствия для биосферы Земли и, разумеется, человечества.

Проблема возникает, когда уровни парниковых газов становятся слишком высокими из-за человеческой деятельности, улавливая слишком много солнечной энергии в виде тепла и нарушая естественные системы, которые регулируют наш климат. Становится все жарче и жарче, и мы начинаем видеть все больше и больше экстремальных погодных воздействий.

Имеющее место в настоящее время глобальное потепление результат действия многих факторов и  как теперь доказано новейшими исследованиями, вызвано деятельностью человека..

                     Главная проблема повышения температуры   это  нарушение  экологического равновесия  на  Земле  в  целом,  которое масштабно  затрагивает  во  всех  видах  судьбу  почвы,  воды,  воздуха,  растительного  и  животного  мира  и,  безусловно,  человека.  Поэтому,  насущной  потребностью  сегодняшнего  дня  является  разработка  национальной  стратегии  предупреждения  последствий  глобального  потепления  климата

Чтобы остановить рост CO2 , необходимо заменить традиционные виды энергии, основанные на сжигании углеродного сырья, на нетрадиционные. Нужно увеличить  производство солнечных батарей, ветряков, строительство приливных электростанций (ПЭС), геотермальных и гидроэлектростанций (ГЭС), использовать методы климатической инженерии.

Наш маленький вклад в решение этой проблемы может быть таким- мы не будем сжигать листья, а используем их в качестве компоста. А мусор будем сдавать на переработку.

Люди  должны задуматься о будущих поколениях и перестать бездумно  вырубать деревья, посаженные много лет назад кем-то  с  любовью, раскапывать котлованы под строительство домов, с тем, чтобы сохранить всю красоту природы для будущих поколений.

Литература

1. Практикум по экологии и охране окружающей среды.

 А. И. Фёдорова,  А. Н. Никольская. М.: изд-во « ВЛАДОС», 2001

2. Школьный экологический мониторинг. Т. Я. Ашихмина. Изд-во «Агар», 2000

3. Экологическое образование школьников во внеклассной работе. А. Н. Захлебный. М.: изд-во « Просвещение», 1984

4. Экология растений А. М. Былова Москва 1999 г.

5. Энциклопедия живой природы. Жизнь растений т. 5  Москва 2004 г

 6. Серов, М.С. Глобальное потепление / М.С. Серов. - М.: Терра, 2010. - 693 c.

7. Силвер, Дж. Глобальное потепление без тайн / Дж. Силвер. - М.: Эксмо, 2009. - 336 c.

Краткое описание документа:

В исследовательской работе рассматриваются экологические проблемы современности. Глобальной проблемой на сегодняшний день является потепление климата как следствие действия антропогенного фактора. В работе использованы различные методы исследования атмосферы. Основной метод- биоиндикационный- лихеноиндикация, изучение ассиметрии листовой пластинки берёзы. Проект научный.