Лабораторна робота №1 ВИЗНАЧЕННЯ ФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВОДИ

Основними фізичними властивостями води, що мають екологічне значення, є температура, кількість нерозчинних і розчинних у воді речовин, колір і прозорість. Для струмків і річок важливими екологічними параметрами є також швидкість потоку, його об'єм (кількість води, що проходить через певний перетин річки за одиницю часу), характер дна й берегів, а для озер і ставків — також відношення кількості води, що втікає у водойму, до кількості води, що за той же час витікає з неї, профіль глибини, характер дна й берегів. Усі ці параметри визначаються безпосередньо в польових умовах, поблизу водного джерела. Надзвичайно важливим екологічним показником є температура Від неї залежить кількість розчинених у воді газів, зокрема такого життєво важливого з них, як кисень:

Примітка. Повітря, що межує з водою, містить 21 % кисню при нормальному тиску.

Усі водні організми залежать від температури водного середовища. Наприклад, оптимальна температура для коропа 32⁰ С, в той час як для окуня вона становить 24⁰ С, а для форелі 15⁰ С. Риби, як і інші водні організми, здатні витримувати певні відхилення від оптимальної для них температури Але при надто сильному відхиленні від оптимуму риби або мігрують в іншу частину водойми, або гинуть

Промислові підприємства, що скидають у природні водойми теплу воду, спричиняють теплове забруднення водойм. Особливо сильне забруднення викликають теплові й атомні електростанції, що скидають у водойми воду, нагріту до 45° С.

Температуру води визначають за допомогою термометрів (спиртових, ртутних, термісторних тощо). При глибині водойми понад 1 м температуру визначають через кожний 1 м глибини. При цьому для замірювань завглибшки понад 1 м термометр слід «залінивити». Для цього чутливий кінець термометра (спиртову чи ртутну кульку) слід обмазати шаром пластиліну завтовшки в кілька міліметрів. Такий термометр довше сприймає температуру навколишнього середовища (більш «лінивий»), і його слід витримувати на глибині замірювання кілька хвилин (встановлюється дослідним шляхом). Але й довше утримує визначену температуру і не встигає змінити її показник при підйомі його на поверхню. Для замірювань температури на глибинах понад 1 м використовують шпагат з поділками на метри й сантиметри. До нижнього кінця прив'язують термометр і баласт (невеликий камінь чи гирю). Попередньо глибину водойми проміряють в місці, де буде вимірюватись температура. Глибинні замірювання темпера­тури виконують з містка чи човна, причому слід суворо дотримуватися правил безпечної поведінки на воді. Температурні вимірювання про­водять з іншими дослідженнями (відбором проб води, замірюваннями її прозорості тощо).

Замірювати температуру води в річці бажано поблизу місця скидання у водойму води з підприємства чи електростанції. У цьому разі замірювання виконуються вище й нижче місця скидання. Складіть два температурних профілі річки й порівняйте між собою. Які висновки можна зробити щодо впливу електростанції на екологію річки? Слід звернути увагу на дослідження канадських вчених, які встановили, що підвищення температури води у водоймі посилює токсичний (отруйний) вплив на мешканців водойми різних хімічних забруднювачів. Так, встановлено, що пічкур, вміщений у воду, забруднену ціанідами (0,55 чнм), реагував на отруту через 72 хв., якщо температура води дорівнювала 1,2° С; така сама реакція риби спостерігалася вже через 12 хв., якщо температура води дорівнювала 20° С. Це свідчить про те, що при екологічній оцінці середовища, зокрема водного, кожний фактор, яким би важливим він не був, слід оцінювати лише в комплексі з іншими факторами. На продуктивність водойми, тобто на здатність підтримувати життя водних мешканців, впливають нерозчинні й розчинні речовини. Наприклад, якщо розчинені у воді речовини містять багато фосфатів і нітратів, таке водне джерело буде високопродуктивним для рос­линного (а отже, й тваринного) життя. Такі водойми називають євтрофічними (високопоживними) на відміну від оліготрофічних (малопоживних). Але велика кількість нерозчинних часток у вигляді суспензії у водоймі пригнічує рослинне й тваринне життя в ній: рослини страждають через брак світла, а тварини — рослинної їжі, засмічування зябер суспензованими у воді частками і т. ін. Систематичні замірювання кількості нерозчинних і розчинних у воді часток (у різні пори року, різний час доби та в різних місцях водойми) дають змогу екологу встановити «нормальний» вміст домішок у цій водоймі. Різкі відхилення від норми, не пов'язані з природними явищами (скажімо, сильними зливами), свідчать про такі явища, як незаконне скидання у водойму промислових стоків, порушення роботи очисних споруд тощо. Тверді нерозчинні частки, суспензовані (завислі) у воді, складаються головним чином з глини, живих і загиблих організмів фіто- й зоопланктону, дрібних часток тіл рослин і тварин, екскрементів тварин, комунальних і промислових відходів. Загальна кількість твердих нерозчинних часток у воді визначається в міліграмах на літр або чнм. Найзручніше й найшвидше цей показник води можна визначити за допомогою нефелометра (в англомовних країнах він називається турбідитиметр, дослівно «вимірювач мутності»). Сучасні турбідитиметри відомих фірм (Коле-Пармер, Х'юлет-Пакард та ін.) — це дуже зручні портативні прилади, принцип дії яких ґрунтується на послабленні сили світла пропорційно кількості суспензованих у воді часток. Маса приладу не перевищує 1,5 кг і він легко розміщується в портфелі. Процес замірювання мутності води дорівнює кільком секундам, а саме: датчик приладу опускається у воду, натискується кнопка, і на екрані дисплея з'являються цифри мутності води в нефелометричних одиницях, які можна перерахувати на чнм. За відсутності турбідитиметра кількість суспензованих у воді час­ток може бути встановлена більш тривалим у часі лабораторним методом.

Матеріали: фільтрувальний папір, аналітичні терези, пляшка об'ємом 1 л, скляна лійка.

Хід роботи. Зважте на аналітичних терезах листок фільтрувального паперу. Профільтруйте через цей листок 1 л води, що аналізується. Висушіть папір з осадом. Повторно зважте папір із сухим осадом на ньому.

Увага! Не виливайте фільтрат — він знадобиться для подальшого аналізу.

Різниця у вазі паперу з осадом і чистого паперу буде складати сумарну кількість нерозчинних у воді речовин в міліграмах на літр, або чнм. Кількість розчинених у воді речовин найзручніше заміряти за допомогою приладу, що випускається зарубіжними фірмами під назвою кондуктівіті-тестер, тобто дослівно «прилад для вимірювання про­відності». Принцип його дії ґрунтується на залежності електропровідності води від концентрації розчинених у ній речовин. Сучасний прилад цього типу має масу близько 0,5 кг і легко поміщається в кишені. Датчик приладу занурюється у воду, і на екрані дисплея з'являються цифри кількості розчинених у воді речовин (чнм). При відсутності кондуктівіті-тестера визначення кількості розчинених у воді речовин займає більше часу.

Матеріали: хімічні стакани місткістю 250 мл (3 шт), аналітичні терези, електроплитка, волюметрична піпетка.

Хід роботи. Зважте на аналітичних терезах з точністю до 0,0001 г 3 чисті сухі хімічні стакани. У кожний з них за допомогою волюметричної піпетки перенесіть по 100 мл фільтрату, що залишився від попереднього досліду. Обережно висушіть на електроплитці фільтрат у кожному стакані. Фільтрат не доводять до кипіння і не нагрівають надто сильно; у противному разі деякі розчинені у воді речовини можуть випаруватися або розкластися. Повторно зважте стакани з сухим залишком. Обчисліть масу сухого залишку в кожному стакані й середнє значення з трьох одержаних цифр. Перерахуйте отриману цифру на чнм шляхом множення її на 10.

Важливим показником води є її колір, який, зокрема, вказує на кількість суспензованих і розчинених в ній речовин, якоюсь мірою навіть на їхню природу (наприклад, жовті або бурі відтінки свідчать про наявність у воді органічних речовин, а синювато-зелений — мікроскопічних водоростей тощо). Найкраще колір води визначати за допомогою кольорового компаратора зі шкалою еталонних кольорів. Цей прилад, як правило, поєднують з так званим диском Секкі, який опускають у воду завглибшки близько 1 м. Пробірки з кольоровими рідинами компаратора розміщують на тлі білих секторів диска Секкі, при цьому замірювання проводять не на прямому соняч­ному освітленні, а в тіні. Номер пробірки компаратора, колір якої буде зливатись з кольором води, буде показником кольору води. При відсутності компаратора й диска Секкі колір води можна грубо визначити «на око». Для цього пробірку з водою розміщують на фоні білого екрана (листка паперу) й визначають колір води, використовуючи такі слова, як «яскраво», «темно», «блідо» тощо. Показником кількості нерозчинних у воді часток є прозорість.

Як уже вказувалося, вона може бути визначена за допомогою турбідитиметра. Для цієї ж мети використовується диск Секкі. Це металевий диск діаметром 20 см, поділений на чотири сектори, два з яких пофарбовано в чорний колір, а два — в білий, об'єднаний з мірним тросиком з поділками. Диск Секкі можна виготовити власними силами, вирізавши з алюмінію чи латуні круг і пофарбувавши його сектори чорним і білим водостійким лаком чи фарбою. Проведемо дослідження.

Хід роботи. Диск Секкі опускають у воду, поки він перестане бути видимим. Ці замірювання проводять в тіні або тоді, коли сонце сховається за хмари. Глибину запам'ятовують. Потім диск повільно піднімають, поки його знову не стане видно, й продовжують ви­мірювання. Беруть середнє значення з трьох вимірів. Це й буде показник прозорості води за диском Секкі. Одночасно ця глибина буде приблизно означати так звану глибину літоралі, тобто прибережної смуги, де можуть рости прикріплені до дна рослини.

Важливим екологічним показником, від якого істотно залежать інші показники, такі як концентрація у воді розчиненого кисню й вуглекислого газу тощо, є швидкість потоку в струмку чи річці. Проведемо дослідження.

Матеріали: секундомір, легка стрічка відомої довжини (10—20 м), легкий плавучий предмет, наприклад, надувний пляжний м'яч.

Хід роботи. Увійдіть в середину потоку (якщо він неглибокий) або виїдьте на середину річки в човні й поставте його на якір. Тримаючи в одній руці кінець стрічки, другий її кінець з прив'язаним до нього плавучим предметом опустіть у воду, одночасно натиснувши кнопку секундоміра. Коли стрічка натягнеться, зупиніть секундомір. При замірюванні рука, що тримає вільний кінець стрічки, повинна бути якомога ближче до поверхні води. Якщо відомі час і довжина стрічки, легко визначити швидкість потоку (в метрах на секунду). Повторіть процедуру 3—4 рази й визначте середній показник з усіх замірювань. До важливих екологічних показників, від яких залежить концентрація забруднювачів, що потрапляють у річку, належить об'єм пото­ку. Для визначення об'єму потоку в якихось прийнятих його межах попередньо слід визначити швидкість потоку V (див. вище), середню ширину l (в метрах), середню довжину секції потоку S, де проводяться замірювання й середню глибину h.

Об'єм потоку (м³) визначається за формулою

W=lShV

Важливим показником, від якого залежать такі екологічно важливі характеристики, як температура, швидкість потоку й характер донних організмів, є також поперечний профіль потоку. Лабораторне заняття для визначення цього параметра проводять біля неширокого й неглибокого потоку, який можна буде легко подолати вбрід.

Матеріали: мірна стрічка, довжина якої має бути трохи більшою за ширину потоку, планка з позначками (в сантиметрах).

Хід роботи. Натягніть мірну стрічку поперек потоку й закріпіть її кінці на берегах кілочками. Через певні інтервали проміряйте глибину потоку, визначаючи в кожній точці заміру характер донного матеріалу й кількість донних рослин. Якщо ширина струмка сягає 1 м, то замірювати глибини слід через 5 см, при ширині 5м — через 50см.

Накресліть поперечний профіль потоку, позначивши характер донного матеріалу в кожній точці заміру. Для цього підберіть умовні позначки для таких порід, як пісок, намул, гравій, валуни, корінні породи тощо. Іншими умовними значками позначте донні рослини.

Контрольні запитання

1. Забруднення води — переважно біологічне явище. Чи погоджуєтеся ви з таким твердженням? Чому?

2. Відомо кілька озер, приток води в які переважає витік, причому об’єм води в них не змінюється. Як ви можете пояснити це явище?

3. Після введення в дію заводу в річці, поблизу якої збудовано завод, щезла форель, й з'явились карасі та коропи. Які висновки можна зробити відносно впливу цього заводу на екологію річки?

4. Екологічними правилами забороняється вирубувати дерева й кущі в певній смузі по берегах річки чи озера. Чому?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: