Дослідження кислотності атмосферних опадів у м. Луцьку та їх впливу на міське середовище

 Костів Орест, 14 р., Іванців Ольга. 16 р., СЗОШ І-ІІІ ступенів № 1, м. Луцьк

Якість життя людини залежить від якості їжі, води, яку ми споживаємо. Та не менше значення має якість повітря, яким дихає кожен з нас. Чисте повітря – це одна з передумов здоров’я. Тому наша робота присвячена саме аналізу екологічного стану повітря у Луцьку.

Мета проведеного дослідження полягала в тому, щоб дослідити кислотність опадів у Луцьку за допомогою застосування двох методів: методу ліхеноіндикації та методу лабораторних фізико-хімічних аналізів, і порівняти результати. Для реалізації цієї мети були поставлені такі завдання: вивчити можливості застосування біоіндикаційних та лабораторних методів дослідження якості повітря; провести польові та лабораторні дослідження якості повітря в місті; оцінити екологічний стан атмосферного повітря в м. Луцьку та показники кислотності атмосферних опадів у нашому місті; побудувати ліхеноіндикаційну та екологічну оціночні карти м. Луцька.
Одним з небезпечних наслідків викидів людиною у атмосферу сполук сірки та азоту є збільшення кислотності опадів – снігу та дощу. Проблема кислотних опадів є актуальною і в Україні, і у всьому світі вже понад 50 років. Кислотні опади – це дощ або сніг, в яких кислотність менша за рН=5, 6. Дослідження кислотності опадів та її впливу було проведене групою учнів-слухачів секції «Кліматологія та метеорологія» ВО МАН, воно складалося з таких етапів: 1 етап: відбір зразків опадів (дощу та снігу) в мікрорайонах м. Луцька і визначення показників їх кислотності в лабораторії за допомогою рН-метрів; 2 етап: аналіз електронних метеорологічних архівів та визначення частоти випадання і тривалості випадання опадів у м. Луцьку протягом 2010-2015 р. р. у порівнянні з кліматичною нормою ХХ ст. (Костів Орест); 3 етап: експеримент по дослідженню впливу опадів підвищеної кислотності на міське середовище, на корозію будівельних матеріалів (Костів Орест); 4 етап: польові ліхеноіндикаційні дослідження екологічного стану повітря у мікрорайонах Луцька, складання карт екологічного стану повітря (Іванців Оля).
Для оцінки фактичного рівня кислотності опадів протягом жовтня-листопада 2015 р. ми вибрали 3 періоди, коли випадали опади, відібрали зразки і визначили їх кислотність за допомогою рН-метрів. В цілому опади протягом досліджуваного періоду в м. Луцьку мали нормальний показник кислотності (рН=6-7). Підвищений показник кислотності відмічався в деяких районах міста дощу, що йшов 20-21 жовтня (рНсер=6, 61). Цей дощ був першим після тривалого періоду відсутності опадів, і, напевно, він «вимив» з повітря рекордне число кислотних оксидів, що там накопичилися. Також варто відмітити вищу кислотність талої снігової води у порівнянні з дощовою.
Було проаналізувано електронний архів погоди на сайті rp5 за 2010-2015 рр. і визначено частоту випадання опадів в Луцьку за цей період, щоб порівняти її з даними минулого століття. Річне число днів з опадами скоротилося для Луцька приблизно на 20 % (на 30 днів). В минулому у Луцьку сумарна тривалість випадання опадів
в середньому за рік досягала 1115 год, що складало 13% річного часу, або близько 50 днів. Тепер цю тривалість можна визначити таким чином: 1115 год – 20 % від 1115 год = 1115-223 = 892 год. Якщо врахувати, що доба має 24 години, то можна визначити (892/24=37, 5), що в Луцьку 37, 5 діб протягом року безперервно йдуть опади. Даний показник було використано на 3 етапі для обґрунтування проведеного лабораторного експерименту. Експеримент полягав у тому, що в три чисті ємкості (3-літрові банки) було занурено зразки будівельних матеріалів та елементів покриттів, які зустрічаються в місті (відібрані зразки асфальту, цегли, вапняку мармуризованого, крейди та пофарбованого дерева). Одну з банок наповнюємо чистою дощовою водою (рН=6-7), другу – водою, у якій відтворюємо концентрацію кислоти для типового кислотного дощу (рН=5), а в третю заливаємо води зі збільшеною концентрацією кислоти рН=3 (щоб прослідкувати, як сильні кислотні опади за довгий час вплинули б на певні матеріали). Для імітації кислотного дощу ми використовували розчин сірчаної кислоти Н2SО4, яку поступово додавали до чистої води, потрібний рівень рН (5 чи 3) визначали за допомогою смужок з лакмусовим індикатором. Залишаємо банки на 45 днів, закривши їх кришками (експеримент тривав з 3. 11. 2015 р. до 18. 12. 2015 р.). Після виймання зразків з розчинів візуально було видно негативний вплив кислого середовища на зразки вапняку (потемнів), асфальту (став крихким). Також наочно було видно руйнування фарби, водостійкої емалі на деревині, яка була опущена у воду з кислотністю 3. Деякі зразки суттєво втратили масу під час перебування і в нейтральному і в кислому середовищі – це стосується дерева, асфальту, цегли. Це пояснюється не тільки впливом підвищеної кислотності, але і більшою пористістю цих зразків, що є штучними матеріалами. Можливо, спочатку вони містили деякий відсоток вологи. У той же час в природних мінеральних зразків (вапняк та крейда) втрата маси в розчині з рН=6-7 та рН=5 майже не відбулася, а в середовищі з рН=3 вона становила кілька процентів від загальної ваги зразка (крейда – втрата маси зразка 2, 5 %, вапняк – 1, 2 %). Тут пористістю це не поясниш, отже, відбулась хімічна корозія зразків. Оцінка вигляду зразків до занурення в розчини та після занурення свідчить про те, що найбільшого впливу зазнало пофарбоване дерево (фарба злущилась, потьмяніла) та крейда (потемніла). Зразки асфальту втратили цілісність, розкришилися, причому в кислому середовищі – значно сильніше.
Крім лабораторних методів, ми оцінили екологічний стан повітря у Луцьку біоіндикаційними методами, а саме – методом пасивної ліхеноіндикації. Проводилися візуальні спостереження за поширенням лишайників – організмів-біоіндикаторів підвищеної кислотності атмосферних аерозолів. Вони надзвичайно чутливі до екологічного стану атмосфери, і особливо «не люблять» кислотних опадів. Там, де кислотність повітря підвищена – лишайників мало або немає зовсім. За даними обстеження мікрорайонів міста методом ліхеноіндикації було розроблено картосхеми зон поширення лишайників та індикації екологічного стану повітря і вмісту у ньому кислотних аерозолів у мікрорайонах Луцька
Висновки: отже, після проведених досліджень та лабораторних дослідів ми можемо зробити наступні висновки:
1. Кислотні опади – це надзвичайно небезпечне явище для людини та довкілля в цілому. Серед чинників, що є причиною цих опадів в місті, особливо значним є вплив викидів промислових підприємств та автотранспорту. У викидах промислових об’єктів та у вихлопних газах автомобілів міститься комплекс оксидів сірки та азоту, що сполучаючись з водою, утворюють краплини кислоти та забруднюють повітря, яким ми дихаємо щоденно.
2. Обчислення показали, що число днів з опадами в м. Луцьку зменшилося з 151 дня (XX ст.) до 121 дня (за даними 2010-2015 р. р.).
3. Ми визначили, що рівень кислотності опадів в м. Луцьку восени 2015р. перебував в нормі. Низький показник рН спостерігався для опадів, що випадали після значної перерви, в третій декаді жовтня. Регулярність випадання опадів також впливає на ступінь вимивання ними кислотних оксидів з повітря.
4. Результати проведеного експерименту показали, що випадання опадів з підвищеною кислотністю на протязі лише 1 року призведе до прискорення руйнування та корозії таких покриттів та будівельних матеріалів, як асфальт, цегла силікатна, вапняк, дерево, водостійкі емульсійні фарби на поверхнях.
5. Кислотність опадів є великою потенційною небезпекою для міст, особливо при наявності численних пам’яток дерев’яного зодчества, архітектури та історії, а саме таким містом з великим культурно-історичним спадком є Луцьк. Основним шляхом зменшення загрози від випадання кислотних дощів є зниження викидів оксидів сірки та азоту, а для цього необхідна заміна традиційних видів невідновлюваних джерел енергії на транспорті (вугілля, нафта, природний газ), в енергетиці, тепло-комунальній сфері на альтернативні, екологічно безпечні (сонячна, вітрова, геотермальна енергія).
6. Завдяки проведеному ліхеноіндикаційному дослідженню ми оцінили екологічний стан повітря в мікрорайонах Луцька. Добрим і задовільним цей стан є лише в паркових зонах міста (ступінь покриття дерев лишайниками понад 30-40 %), а поблизу великих автомагістралей та промислових об’єктів спостерігається високий ступінь забрудненості кислотними аерозолями.
7. На основі розроблених ліхеноіндикаційної та екологічної карти м. Луцька можна визначити зони максимального та мінімального забруднення атмосферного повітря кислотними аерозолями. Дані карти можуть використовуватися науковцями, студентами, учнями та вчителями, фахівцями міських екологічних та комунальних служб та усіма громадянами, небайдужими до екологічного стану навколишнього середовища у м. Луцьку.
Продовжуючи своє дослідження, ми плануємо простежити динаміку кислотності атмосферних опадів в м. Луцьку протягом тривалішого періоду, а також дослідити, чи змінилися суми опадів, що випадають в нашому місті та як саме, у зв’язку з впливом на клімат процесів глобального потепління.