Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Химия / Другие методич. материалы / Исследовательская работа по химии "Химический состав озер ВУРСа"

Исследовательская работа по химии "Химический состав озер ВУРСа"

Международный конкурс по математике «Поверь в себя»

для учеников 1-11 классов и дошкольников с ЛЮБЫМ уровнем знаний

Задания конкурса по математике «Поверь в себя» разработаны таким образом, чтобы каждый ученик вне зависимости от уровня подготовки смог проявить себя.

К ОПЛАТЕ ЗА ОДНОГО УЧЕНИКА: ВСЕГО 28 РУБ.

Конкурс проходит полностью дистанционно. Это значит, что ребенок сам решает задания, сидя за своим домашним компьютером (по желанию учителя дети могут решать задания и организованно в компьютерном классе).

Подробнее о конкурсе - https://urokimatematiki.ru/


Идёт приём заявок на самые массовые международные олимпиады проекта "Инфоурок"

Для учителей мы подготовили самые привлекательные условия в русскоязычном интернете:

1. Бесплатные наградные документы с указанием данных образовательной Лицензии и Свидeтельства СМИ;
2. Призовой фонд 1.500.000 рублей для самых активных учителей;
3. До 100 рублей за одного ученика остаётся у учителя (при орг.взносе 150 рублей);
4. Бесплатные путёвки в Турцию (на двоих, всё включено) - розыгрыш среди активных учителей;
5. Бесплатная подписка на месяц на видеоуроки от "Инфоурок" - активным учителям;
6. Благодарность учителю будет выслана на адрес руководителя школы.

Подайте заявку на олимпиаду сейчас - https://infourok.ru/konkurs

  • Химия

Поделитесь материалом с коллегами:

Челябинская область богата озерами. Размещены озера неравномерно, наибольшее их количество находиться в северной и восточной части области. Малые озера являются природными системами – индикаторами, то есть наиболее чутко и быстро реагирующими на антропогенное влияние. Территория, на которой расположены исследуемые малые озера, была подвержена в 1957 году радиоактивному загрязнению.

Радиоактивное загрязнение Челябинской области и радиоэкологическая обстановка на ее территории обусловлены в основном деятельностью производственного объединения “Маяк”. В сентябре 1957 года в результате химического взрыва емкости с радиоактивными отходами из хранилища были выброшены радионуклиды общей активностью 20 млн. Ки, 2 млн. из которых поднялись в атмосферу и образовали облако, прошедшее над территорией Челябинской, Свердловской, Тюменской областей и образовавшее Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС).

На осевой территории следа (площадью около 1000 км2) расположены 30 озер. Большинство из озер имели промысловое значение. История химического состава озер ВУРСа довольно трудно поддается восстановлению. Трудность восстановления гидрохимического режима озер заключается в отсутствии сведений по химическому составу воды за длительный период. В обзорных работах, посвященных радиоэкологическому состоянию озер в зоне ВУРСа, как правило, приводятся гидрохимические данные, полученные в 1960-1970-х гг. В настоящее время встает вопрос о возвращении водоемов Восточно-Уральского радиоактивного следа в хозяйственное использование. Однако имеются отдельные исследования уровней загрязнения воды радионуклидами, но химический состав этих озер мало изучен. В результате не было сделано никаких конкретных выводов о возможности использования озер ВУРСа, тем более нет практически никаких официальных рекомендаций.

В данной работе представлены данные о современной химической и радиоэкологической обстановке на озерах Куяныш и Шаблиш , находящихся на осевой части Восточно-Уральского радиоактивного следа.

.

Цель исследования: изучить химический состав вод озер Куяныш и Шаблиш Восточно-Уральского радиоактивного следа Челябинской области (а именно содержание основных ионов, биогенных элементов и радионуклидов)

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1.Отбор и изучение литературы по данной тематике;

2. Пробоподготовка воды

3.Отработка методик и проведение количественного анализа для определения основных ионов и биогенных элементов в исследуемых озерах.

5.Статистическая обработка данных и результатов анализов, составление таблиц и диаграмм;

6. Предложить рекомендации по практическому использованию водоемов, при необходимости - охранные мероприятия вод исследуемых озер.

Предметом исследования является химический состав вод озер Куяныш и Шаблиш Восточно-Уральского радиоактивного следа Челябинской области.

Объектом исследования являются озера Куяныш, Шаблиш Восточно-Уральского радиоактивного следа Челябинской области.

Практическая значимость: В результате работы определен современный химический состав в озёрной воде, выявлена возможная зависимость между химическим составом и содержанием радионуклидов в воде, предложены рекомендации по практическому использованию водоемов.

Структура работы: работа состоит из введения, двух глав теоретического содержания и одной главы экспериментального содержания по определению химического состава исследуемых озер, заключения, списка изученной литературы, который включает 50 источников, и приложения.

Материалы и методика.

В основу данной работы положены химические исследования, проведенные в 2003году и радиоэкологические исследования, проведенные в 2001-2003 годах на озерах Куяныш и Шаблиш.

Описываемые в данной работе озера Куяныш и Шаблиш находятся на одинаковом удалении от центра аварии

Озера Шаблиш, Куяныш относятся к бассейну реки Багаряк. Озеро Куяныш расположено в 2—3 км западнее оз. Травяного, у поселка Гаево. Водосбор сложен конгломератами, доломитами, известняками, песчаниками, глинистыми сланцами с прослойками углей. Основное питание озер осуществляется за счет вод местного подземного и поверхностного стоков. Формирование химического состава воды происходит за счет выщелачивания почв и пород водосборных площадей.

Для определения содержания основных ионов, биогенных элементов и радионуклидов проведена серия химических анализов. Анализ отобранных проб осуществлялся на базе физико-химической лаборатории естественно-технологического факультета, лаборатории геоэкологии Института минерологи УрОРАН. Радиометрию проб проводили в Уральском научно-практическом центре радиационной медицины.

Результаты анализов, проведенных в ходе исследовательской работы, представлены в диаграммах и таблицах. Определе­ние большинства компонентов проводилось согласно стандартных мето­дик

Определение кальция и магния проводили методом атомно-абсорбционной спектроскопии согласно действующим стандартным методикам на атомно-абсорбционный спектрофотометре Реrkin Еlmer-3110 в пламенном варианте, регистрация спек­тра при длине волны нм. Радио­нуклиды 90Sr и 137Сs из­меряли на малофоновой установке УМФ-2000.

Выход носителя Sr кон­тролировался пламенно-фотометрическим методом. Погрешность определения 90Sr и 137Сs не превышала 20 и 15%, соответственно


Результаты исследования и их обсуждение.

Содержание основных ионов.

Вода в озере Куяныш прозрачная, по химическому составу гидрокарбонатно-хлоридная магниево-натриевая содового (1) типа, в озере Шаблиш вода гидро­карбонатная магниево-натриевого содового (I) типа.

Содержание основных ионов в воде исследуемых озер представлены на рис. 1 и 2.

Рис.1. Содержание основных ионов в воде оз. Шаблиш.

hello_html_77947181.gif

Рис.2. Содержание основных ионов в воде озере Куяныш

hello_html_2dc59d55.gif

Среди анионов значительно преобладают гидрокарбонаты, содержание сульфатов и хлоридов незначительно. Количество гидрокарбонатов в озерах колеблется от 232.1 мг/л (оз. Куяныш) до 299 мг/л (оз.Шаблиш).

Низкое содержание хлоридов и сульфатов, и наряду с этим повышенное содержание гидрокарбонатов свидетельствуют о том, что воды озера имеют повышенное значение pH.По значению pH вода классифицируется как щелочная.

Повышенное содержание гидрокарбонатов в водах озер можно объяснить тем, что в основном формирование химического состава воды происходит за счет выщелачивания почв и пород водосборных площадей, которые сложены доломитами, известняками, например:

CaCO3 + CO2 + H2O = Сa2+ + 2HCO3-;

MgCO3 + CO2 + H2O = Mg2+ + 2HCO3-.

Среди катионов доминирует натрий 48 мг/л (оз. Куяныш) и 52.5 мг/л (оз.Шаблиш). ( табл. 6)

Таблица 6. Соотношение основных катионов в поверхностных водах озер, мг/л (2003год)


hello_html_m1b218d1e.gif


ОЗЕРО

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

Na+

Куяныщ

14.6

37.1

48,0

6.9

48,0

Шаблиш

20.8

38.5

52,5

6.9

52,5


Повышенное содержание натрия и магния также предполагает повышенное значение pH.

Концентрация в воде озер ионов калия (6.9 мг/л) незначительна. Для калия характерна склонность сорбироваться на высокодисперсных частицах почв, пород, донных отложений и задерживаться растениями в процессе их питания, роста. Это приводит к меньшей подвижности калия по сравнению с натрием, и поэтому возможно предположить, что калий находится в озерных водах, в более низкой концентрации, чем натрий. Большую роль в поступление натрия в озеро играют биологические процессы, протекающие на водосборе, в результате которых образуются растворимые соединения натрия.

Среди щелочноземельных металлов преобладает магний 37,1 мг/л (оз. Куяныш) и 38.5 мг/л (оз.Шаблиш). Концентрации в воде ионов калия, а также магния примерно одинаковы во всех изучаемых водоемах. Основные различия в солевом составе воды обусловлены разным содержанием хлоридов и сульфатов. В целом характерно преобладание ионов магния над кальцием и хлоридов над сульфатами. Количество сульфатов в озерах колеблется от 3.9 мг/л (оз.Куяныш) до 17.7мг/л (оз.Шаблиш). Увеличение содержания сульфатов в озерной воде может быть связано с поступлением их с атмосферными осадками и разложением растительных остатков как на водосборе, так и в озере. Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы. Пониженное содержание сульфатов в водах озера Куяныш возможно объясняется тем, что озеро сточ­ное: из него вытекает небольшой ручей. Благодаря данному стоку легко растворимые сульфаты уносятся, и их концентрация в водах озера понижается. С момента радиоактивного загрязнения отмечена тенденция изменения химического состава воды озер, в основном, в сторону увеличения щелочных и щелочноземельных элементов, так как на содержание радионуклидов оказывают влияние элементы- аналоги изотопов (для 90Sr-- Ca, а для 137Cs--K)

Содержание биогенных элементов.

К этой группе относят соединения, необходимые для жизнедеятельности водных организмов и образующиеся ими в результате обмена веществ. Это, в первую очередь, минеральные и органические соединения азота. Органические формы азота представлены белками и продуктами их распада. Неорганические соединения азота (NH4+, NO2-, NO3-) могут образоваться при разложении азотсодержащих органических соединений, или же поступают в поверхностные воды с атмосферными осадками, при вымывании удобрений из почвы (аммонийный азот, нитраты).

Биогенные вещества в водах озер встречаются в виде: NH4+, N02- , N03-. Робщ.

Содержание и преобладание различных форм азота зависит от условий поступления азотсодержащих соединений в воду и режима водоёма.

Концентрация биогенных элементов приведена в табл. 2.

Таблица 2. Содержание биогенных элементов в поверхностных водах озер, мг/л

озеро

нитраты

нитриты

аммонийный ион

ПДК р/х

ПДК х/б

проба

ПДК р/х

ПДК х/б

проба

ПДК р/х

ПДК х/б

проба

Куяныш

9,0

45,0

1.25

0,02

3,3

<0,002

0,4

2,0

0,18

Шаблиш

9,0

45,0

1.0

0,02

3,3

<0,002

0,4

2,0

0,33



1.Аммонийный азот.

Концентрация аммонийный азота в воде исследуемых озер невелика, в период исследования она составила: оз. Шаблиш-0,33 мг/л, оз. Куяныш-0,18мг/л. (рис.5)

Рис.5. Содержание катион - аммония

hello_html_7ce0c081.gif

Азот может быть использован лишь после его фиксации в био­логической системе; в гидросфере такой системой, по-видимому, являются сине-зеленые водоросли. При этом происходит образо­вание аммиака.

N2 —» 2N (фиксация)

2N + ЗH2 = 2NН3

В воде аммиак существует в аммониевой форме NH4+ .

Основным источником поступления аммонийного азота в озера служат поверхностные стоки в период кратковременного весеннего половодья с сельхозугодий в случае использования аммонийных удобрений и животноводческие фермы. В связи с этим можно предположить, что наиболее высокое содержание приходится на весну, когда с водосборной площади смывается значительное количество биогенных и органических веществ. Изучая распределения аммонийного азота в озерах, следует отметить, что вода в озере Шаблиш богаче аммонийным азотом по сравнению с другим озерам. Это объясняется, очевидно, тем, что оно расположено вблизи животноводческих ферм.

2.Нитритный азот.

Содержание нитритного азота, промежуточного звена в круговороте минеральных форм азота в озерах, регулируется главным образом интенсивностью биохимических процессов. В поверхностных водах нитриты находятся в растворенном виде. В воде исследуемых озер нитриты присутствовали в концентрациях оз. Шаблиш- > 0,002мг/л, оз. Куяныш-- > 0,002 (рис.3), по-видимому с небольшими максимумами зимой и в период весеннего половодья, когда талые воды несут с собой значительное количество аммонийного органического азота, который в результате нитрификации переходит в нитриты:

2NН3 + ЗО2 = 2Н++ 2NO2- + 2Н2О.

Рис. 3. Содержание нитрит - ионов

hello_html_64a3d5b6.gif

Повышенное содержание нитритов указывает на усиление процессов разложения органических веществ в условиях более медленного окисления нитритов в нитраты, что указывает на загрязнение водного объекта, т.е. является важным санитарным показателем.

3.Нитратный азот.

Нитраты являются конечным продуктом биохимического окисления аммиака, образующегося главным образом в результате распада белковых веществ.
В поверхностных водах нитраты обычно присутствуют в заметных количествах за исключением периода интенсивного развития фитопланктона в водоемах, когда содержание нитратов может падать до исчезающих малых величин.
Наибольшая его концентрация 1.25мг/л обнаружена в озере Куяныш, наименьшая 1мг/л в озере Шаблиш. (рис.10.)

Рис.7.Содержание нитрат-ионов

hello_html_m64c32db7.gif

Это следует рассматривать как доказательство физиологического потребления их водной растительностью, но расход их на биологические процессы в определенной мере компенсируются за счет окисления NH4+ и разложения органического вещества растительных и животных организмов:

2NН3 + ЗО2 = 2Н++ 2NO2- + 2Н2О нитрозомонас

2NO2- + О2 = 2NO3- азотобактера

4.Фосфор.

Наиболее высокая концентрация общего фосфора обнаруживается в воде озера Шаблиш-0,018 мг/л. В воду озер соединения фосфора могут поступать в виде фосфорной кислоты, и ее ионов, мета-, пиро-, полифосфата, а также в виде разнообразных фосфорсодержащих органических соединений. Естественные формы фосфора в гидросфере зависят от pH

H3PO4 = H+ + H2PO4-

H2 PO4-= H+ + HPO42-

HPO42- = H+ + PO43-

При pH, характерном для водных систем, преобладает форма HPO42- с примесью H2PO4-. Соединения минерального фосфора поступают в природные воды в результате выветривания и растворения пород, содержащих ортофосфаты (апатиты и фосфориты) и поступления с поверхности водосбора в виде орто-, мета-, пиро- и полифосфат-ионов, а также образуются при биологической переработке остатков животных и растительных организмов. Избыточное содержание фосфатов в воде, может быть отражением присутствия в озере примесей удобрений, компонентов хозяйственно-бытовых сточных вод, разлагающейся биомассы.

Таким образом, содержание и режим минеральных форм азота и фосфора в исследуемых озерах определяется целым комплексом факторов, главным из которых можно считать речной сток, потребление азота и фосфора на биологические процессы, разложение органических веществ, окисление NH4+ до NO3- .

Содержание радионуклидов

Необходимо отметить, что в настоящее время основной вклад в радиацион­ное загрязнение местности вносят долгоживущие изо­топы 90Sr и 137Сs.

Попадая в водоемы, многие радионуклиды быстро поглощаются биотой и сорбируются донными отложениями, в результате чего содержание их в воде соответственно уменьшается. Процессы «самоочищение» не проводят к полной дезактивации озерной воды, так как в водоеме образуется некоторое равновесное состояние между водой и донным слоем, следствием которого является длительное и устойчивое радиоактивное загрязнение воды

В послеаварийный период радиационная обстановка на озерах изменялась под влиянием ряда факторов, из которых следует отметить сток с территории водосбора, естественный радиоактивный распад поступивших в водоем радионуклидов, перераспределение последних между основными компонентами водоемов, поступление радионуклидов вследствие ветрового подъема и переноса ила с берегов оз. Карачай в 1967 году.

Основными депонирующими средами для радио­нуклидов, главными из которых являются 90Sr и 137Сs, служат почвы, донные отложения и высшая расти­тельность озер. При этом вода озер является как транспортной средой (поверхностный и внутрипочвенный сток в прибереговых экосистемах), так и суб­стратом, в котором протекают первые процессы трансформации форм радионуклидов.

Результаты исследования показывают, что с течением времени произошло снижение содержания радионуклидов в воде озер. При анализе динамики содержания радионуклидов в водоемах были получены прямые спада радиоактивности Sr-90 и Cs-137 в воде.

Рис.3 Динамика изменения содержания Sr-90 и Cs-137 в воде оз. Куяныш

hello_html_82de045.gif




Рис.4. Динамика изменения содержания Sr-90 и Cs-137 в воде оз. Шаблиш.




hello_html_m45e7c2eb.gif



Уменьшение содержания радионуклидов объясняется динамикой перераспределения радионуклидов между водой и дном и во многом - зависит от скорости заглубления радионуклида в донных почвах.

Выводы

  1. По химическому составу воду озер Куяныш и Шаблиш можно отнести к гидрокарбонатному классу содового (I) типа группы натрия.

  2. Содержание биогенных и основных ионов в озерах не превышает предельно - допустимых концентраций.

  3. Поступление биогенных элементов в озёра происходит за счёт вод местного поверхностного стока.

  4. Поступление основных ионов в озера происходит в основном за счет выщелачивания почв и пород водосборных площадей.

  5. Значительную роль в формировании химического состава вод озер играет водосборная территория.

  6. В обследованных водоемах наблюдается устойчивое снижение содержания радионуклидов, которое определяется динамикой их перераспределения между водой и донным грунтом. Существующее динамическое равновесие между различными компонентами водоемов устойчиво, поэтому нарушение целостности донных отложений не приведет к заметному загрязнению рыбы. Уровень радиоактивного загрязнения воды водоемов ниже ПДК по нормам радиационной безопасности данные озера можно включить в хозяйственное пользование.

Автор выражает глубокую благодарность старшему научному сотруднику отдела окружающей среды УНЦП РМ Поповой И.Я., доценту кафедры географии и МПГ, к.г.н. Захарову С.Г., руководителю лимнолого-экологического центра ЧГПУ, доценту, к.г.н. Дерягину В.В., зав. Лаборатории геоэкологии института Минералогии УраРАН к.г.м.н. Удачину В.Н., Земеровой З.П. и студентам, принимавших участие в работе, за помощь в проведении исследовательской работы.

13


Самые низкие цены на курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации!

Предлагаем учителям воспользоваться 50% скидкой при обучении по программам профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок".

Начало обучения ближайших групп: 18 января и 25 января. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (20% в начале обучения и 80% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru/kursy



Автор
Дата добавления 02.02.2016
Раздел Химия
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров215
Номер материала ДВ-408527
Получить свидетельство о публикации

УЖЕ ЧЕРЕЗ 10 МИНУТ ВЫ МОЖЕТЕ ПОЛУЧИТЬ ДИПЛОМ

от проекта "Инфоурок" с указанием данных образовательной лицензии, что важно при прохождении аттестации.

Если Вы учитель или воспитатель, то можете прямо сейчас получить документ, подтверждающий Ваши профессиональные компетенции. Выдаваемые дипломы и сертификаты помогут Вам наполнить собственное портфолио и успешно пройти аттестацию.

Список всех тестов можно посмотреть тут - https://infourok.ru/tests

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх