Научен експеримент за изследване на влиянието на замърсителите на въздуха върху водните екосистеми

В резултат от човешката дейност, в атмосферата непрекъснато попадат различни видове химични съединения, които влошават качеството на атмосферния въздух. Под формата на киселинни дъждове голяма част от тези замърсители си проправят път обратно към земната повърхност. По този начин те проникват в подземни води, езера и потоци. Как киселинният дъжд влияе на водните екосистеми? Ако и вие се чудите - опитайте този експеримент с вашите ученици!

Същност на експеримента

В този научен проект ще тествате въздействието на киселинния дъжд върху воден хабитат, обитаван от малки водни организми. Учениците използват домашен оцет, за да създадат разтвори с различна киселинност. След това наблюдават организмите в експерименталната среда, за да определят по какъв начин те се повлияват от повишената киселинност. За да измерят промените в жизнеспособността им, учениците преброяват ежедневно живите организми във всяка експериментална среда в рамките на една учебна седмица. Въз основа на получените резултати, определят ефекта на токсичност на киселините върху организмите.

Учебни цели

След края на експеримента учениците трябва да могат да:

  • обяснят понятия като местообитание, биоразнообразие, екосистема;
  • разбират по-добре сериозността на проблемите, свързани със замърсяването на околната среда;
  • определят рН на разтвор с помощта на индикаторни ленти;
  • намират примери за протичане на изучавани химични реакции в природата.

Ключови компетентности

В хода на работа учениците развиват следните ключови компетентности:

Необходими материали

  • пипети или капкомери;
  • pH индикаторни ленти с прецизност на измерване 0,5 или 0,25, които да покриват диапазона на pH между 5 и 6.5; като алтернатива може да се използва и pH метър;
  • проби от естествен водоем;
  • микроскоп или лупа с голямо увеличение;
  • големи пластмасови контейнери с капак или стъклени буркани с еднаква форма и размер;
  • перманентен маркер;
  • малка бутилка бял оцет;
  • лъжица или бъркалка;
  • работни листове за изследване на влиянието на киселинните дъждове върху водните екосистеми.

Необходими знания и умения

  • да имат обща представа за екосистемите;
  • да познават химичния състав на някои често отделяни в атмосферата замърсители;
  • да познават основните характеристики на солите, основите и киселините;
  • да знаят как се образуват киселините и какви химични свойства имат.


Безплатен бюлетин с ресурси

Запиши се, за да получаваш всяка седмица практични ресурси и идеи



Теоретична постановка

Киселинният дъжд възниква, когато атмосферните замърсители (като серен диоксид и азотен оксид) се абсорбират от водни капки в облаците. Там те се комбинират с водорода и кислорода във водата и от киселинни оксиди се превръщат в киселини. Когато има валежи, капките падат на земята под формата на дъжд или сняг и могат да увеличат киселинността на почвата и да повлияят на химическия баланс на езерата и потоците. Киселинният дъжд е сериозен екологичен проблем, който засяга много страни по света. Той ускорява изветряването на карбонатните скали и разрушаването на сградите, допринася за подкисляването на водните басейни и увреждането на високопланинските гори.

Киселинният разтвор отделя водородни йони и обикновено има кисел вкус. За да се установи дали един разтвор е киселинен или основен, се използва химикал, наречен индикатор, който променя цвета си в зависимост от киселинността на средата. Индикаторите могат да бъдат извлечени от растителни пигменти, като червено зеле. В този експеримент ще използвате индикаторни ленти за отчитане на pH. Когато разтворът има стойност на pH приблизително равна на 7, разтворът е с неутрално pH. По-ниските стойности на рН са индикатор за по-кисели разтвори, а по-високите - за по-алкални разтвори.

Ход на експеримента

Подготовка

  1. Организирайте посещение до близко разположен водоем - река, езеро, блато. Разделете класа в четири групи. Всяка от тях трябва да вземе проба от водоема. За целта ще имате нужда от няколко броя еднакви прозрачни съда. Можете да използвате стъклени буркани.
  2. Пробата се взима близо до брега по такъв начин, че в буркана да попаднат участъци от дъното, както и растителност.
  3. Раздайте на всеки ученик по един работен лист, в който да запише датата и мястото на пробовземане.
  4. Всяка група трябва да надпише своята проба.

Въведение

  1. Запознайте учениците с целите на експеримента - те трябва да изследват по какъв начин киселинните дъждове влияят на биологичното разнообразие във водните екосистеми.
  2. Дискутирайте какво представляват киселинните дъждове и каква е причината за тяхната поява.

Същинска част

  1. С помощта на pH лентите работните групи трябва да проверят естественото pH на водата в своите контейнери. Измерената киселинност се отбелязва в работните листове. С помощта на лупа или микроскоп трябва да опишат наличните в пробата живи организми.
  2. След това всяка група трябва да добави различен брой капки оцет към пробата си с пипета или капкомер. Целта е да се създадат няколко различни разтвора с нарастваща киселинност. Например, ако пробата има pH 6.5, след добавяне на оцета контейнерите трябва да имат pH 6.0, 5.5, 5.0 и 4.5. Контейнер #1 трябва да има най-малко капки киселина и следователно да бъде най-малко киселинен (0.5 pH по-ниско от първоначалното). Контейнер #4 трябва да има най-много капки киселина и следователно да е най-кисел.
  3. В работните листове трябва да бъде записан броят на капките киселина и крайното pH за всеки контейнер.
  4. Всеки ден в продължение на 5 дни наблюдавайте състоянието на растителните и животинските организми в пробите. В работните листове се записва броят на живите организми и общото състояние на средата. Това е своеобразен тест за жизнеспособност, защото се отразява броят на организмите, които са все още живи.

Анализ на данните

  1. Всеки екип трябва да направи линейна графика на получените резултати от направените наблюдения. Графиката може да бъде начертана на ръка или с помощта на компютърна програма или онлайн приложение. На хоризонталната ос се нанася времето (в дни), а на вертикалната - броят на живите организми. Отбелязва се също и киселинността на пробата.
  2. Всяка група представя резултатите си пред класа.

Дискусия

Сравнете получените данни. Анализирайте резултатите и се опитайте да направите изводи въз основа на тях. Как организмите реагираха на промените в киселинността на средата? Какъв е жизнеспособният диапазон на pH за всеки от организмите? Кои организми са най-чувствителни или най-издръжливи, когато става въпрос за промени в киселинността?

Вариации

  1. Друг начин да се тества ефектът на киселинния дъжд върху растенията е да се посеят семена в киселинни условия. Напоете хартиени кърпи с водни разтвори с различна киселинност и ги поставете в торбички на слънчев прозорец. Поставете във всяка от тях еднакъв брой семена от един и същ растителен вид. Проверете колко растения ще поникнат върху всяка от кърпите.
  2. Можете да опитате да повторите този експеримент, но да използвате други водни организми, като например водна леща, езерни рачета, Daphnia magna, растения Elodea, живи червеи Tubifex, водорасли (като Spirulina) или попови лъжички. 
  3. Друг лесен експеримент е да поливате няколко саксии с еднакви растения с водни разтвори с различна рН. Колко добре ще растат растенията, когато се поливат с "киселинен дъжд" в сравнение с неутрална вода?
  4. Проверете как подкисляването на океаните се отразява на кораловите популации. За целта поставете в три съда разтвори с различна киселинност и добавете еднакви парчета тебешир или черупки от яйце във всеки от тях. Пуснете хронометъра и наблюдавайте случващите се промени. Колкото повече оцет има в съда, толкова по-бързо се разграждат черупките. Направете изводи от проведения експеримент и генерирайте идеи какво може да се предприеме, за да се намали подкиселяването на океаните. Примерен формуляр за дейността можете да изтеглите от ТУК.

Този експеримент помага на учениците да изследват по какъв начин замърсяването на атмосферния въздух влияе върху състоянието на водните екосистеми. Освен това им позволява да осмислят взаимовръзката между факторите и компонентите на околната среда, кръговрата на веществата в природата и своя собствен екологичен отпечатък.

За статията е използван следният ресурс, който е допълнен с личния опит на автора:

Acid Rain and Aquatic Life | Science Project (sciencebuddies.org)