Blog.Турянської

Дослідження води як середовища існування живих організмів

Вода! У тебе немає ні смаку ні кольору ні запаху

Тобою насолоджуються, не знаючи що ти таке

Не можна сказати, що ти необхідна для життя

Ти – саме життя. Ти наповнюєш нас радістю,

Яку не поясниш ніякими почуттями

Антуан де Сент Екзюпері

Мата роботи

Зростаючі темпи розвитку промисловості зумовлюють не лише збільшення об’ємів використання води, а й її забруднення, тому контролювання і спостереження за станом водних об’єктів є необхідною складовою моніторингу довкілля.

Дослідження поверхневих вод – система послідовних спостережень, збирання, оброблення даних про стан водних об’єктів, прогнозування їх змін, які можуть позначитися на стані вод та стані мешканців водного середовища.

Основною роботи було спостереження за забрудненням водних об’єктів і отримання інформації про природну якість води та оцінка змін якості води внаслідок дії антропогенних факторів.

Дослідження поверхневих вод вирішує такі завдання:

– спостереження і контролювання рівня забруднення водного середовища за хімічними, фізичними та гідробіологічними показниками;

– вивчення динаміки вмісту забруднюючих речовин і виявлення умов, за яких відбуваються коливання рівня забруднення;

– дослідження закономірностей процесів самоочищення та накопичення забруднюючих речовин у донних відкладеннях;

– оцінювання та прогнозування стану якості води.

Обєкт досліджень:

Внутрішні води озер і річок, які знаходяться на території Буковини.

1. Теоретична частина

Вступ

Вода — найдивовижніша речовина у світі.

Якщо подивитись на Землю з Космосу — вона блакитна, адже 2/3 земної поверхні займає вода. Це океани, моря, озера та ріки. Багато води знаходиться в атмосфері у газоподібному стані у вигляді пари; у вигляді величезних мас снігу і льоду лежить вона на високих вершинах гip i на полюсах. У надрах Землі також є вода, яка просочує грунт і гірські породи. У природі вода існує в трьох агрегатних станах: рідкому, твердому і газоподібному. Із дня в день величезна маса води переміщується по земній кулі, випаровується, випадає на землю у вигляді опадів, здійснюючи кругообіг у природі. Це надзвичайно грандіозний цикл, завдяки якому підтримується тепловий режим та існує життя на планеті.

Природна вода не буває зовсім чистою. Вона завжди містить різні домішки. Здебільшого це розчинені у воді солі, гази; часто у воді є речовини, які в ній не розчинні, а перебувають у вигляді суспензії. Найбільш чистою є дощова вода, але й вона містить незначні кількості різних домішок, які захоплює з повітря. Кількість домішок у прісних водоймах зазвичай коливається від 0,01 до 0,1 % за масою. Морська вода містить до 4 % розчинених речовин (в океанах — до 3,5 %; у морях — 0,5—3,9 %: 3,9 % — у Середземному, 1,8 % — у Чорному, 0,5 % — у Балтійському В основному це кухонна сіль (натрій хлорид)).

1.1. Фізичні властивості води

Чиста вода — безбарвна прозора рідина, без запаху і смаку. густина води за температури 4 °С максимальна і дорівнює 1,00 г/мл. Зі зниженням температури густина води зменшується, тому лід плаває на поверхні води (лід легший за воду на 8%). Завдяки цьому, а також малій теплопровідності шар льоду захищає глибокі водойми від промерзання до дна, і цим забезпечується у них життя. Точка замерзання води за тиску в 1 атмосферу (101 к Па) становить 0 °С, точка кипіння — 100 °С.

У рідкому стані вода практично не стискається, при замерзанні розширюється на 1/11 від свого об'єму. (додаток 1)

Вода характеризується великою питомою теплоємністю, що дорівнює за означенням калорії 1 кал/г-град. Завдяки цьому температура океанів і морів змінюється досить повільно, і цим регулюється температура на поверхні земної кори. Цим пояснюється також те, що клімат на островах рівномірніший, ніж на материках.

1.2. Будова молекули води

Молекула води складається з двох атомів Гідрогену і одного атома Оксигену.

Кут між зв’язками в молекулі води рівний 104⁰5’. Отже, молекула води має кутову форму.

Молекула води-диполь. Та частина молекули де знаходиться Гідроген, заряджена позитивно, а частина, де знаходиться Оксиген ,- негативно.

Між атомами Оксигену і Гідрогену в молекулі води виникають міцні зв’язки, тому розкласти молекулу на атоми можна лише за допомогою електричного струму. Оскільки атоми Оксигену набувають частково негативного заряду, то вони можуть взаємодіяти з атомами Гідрогену іншої молекули води, які мають частково позитивний заряд. Такий зв’язок називається водневим. Наприклад, це спостерігається в кристалі льоду, де кожна молекула води тетраедрично сполучена водневими зв’язками з чотирма найближчими до неї молекулами.

Міцність водневого зв’язку приблизно в 10 разів менша звичайного ковалентного зв’язку. З підвищенням температури водневий зв’язок легко розривається. Цим пояснюється перехід води із твердого стану в рідкий.

(додаток 2)

1.3. Вода як жива речовина

Останні відкриття вчених повністю перевернули наше уявлення про неї. Вони вважають, що вода проявляє себе як жива речовина, яка здатна запам’ятовувати, зберігати і передавати інформацію.

Вода це досить незвичайна речовина. Деякі її властивості не вписуються у загальні фізичні принципи і саме певними аномальними рисами вода і привертала увагу вчених. Вчені довго вивчали особливості води і лише на межі 21 століття головна таємниця води була розгадана. Виявляється що вода має особливу молекулярну структуру і складається із супермолекул, так званих кластерів. Ця структура змінюється якщо на воду впливати певним способом – хімічним, електромагнітним, механічним. При цих впливах молекули води здатні перебудовуватись і таким чином запам’ятовувати будь-яку інформацію. У науково-популярному телевізійному фільми «Жива вода» наводилась дуже цікава інформація щодо таємниці води і висвітлювались дослідження багатьох вчених по даній проблематиці.

Дуже наочно вплив думки та слова на воду показав японський вчений Емото Масаї . Цей дослідник впливав словами чи звуками на воду, потім заморожував капельки води і спостерігав їх під мікроскопом з фотокамерою. Щоб дослідити вплив звуків на воду вчений ставив її між звичайними музикальними колонками і вона прослуховувала різну музику - класичну, народну, рок та деякі слова, чи просто наклеював на посудину з водою певні слова, а потім заморожував її і фотографував. І от що виявилося. Після прослуховування класичної, народної музики, молитв утворювалися прекрасні симетричні кристалики льоду, а після рок музики, металу, таких слів як ”війна”, “смерть”, “хвороба”, “Гітлер” симетрії взагалі не спостерігалося, вода замерзала у вигляді дифузної, темноватої маси, хоча температура і всі інші параметри, які використовувалися для заморожування, крім музики чи слів були абсолютно однаковими. (додаток 3)

1.4. Значення води

Кожен живий організм містить у собі воду, тому можна сказати, що вода і життя на нашій планеті нерозривно пов’язані. Важлива роль води давно була помічена людиною. I зовсім невипадково Аристотель включив воду в число чотирьох елементів або основних «начал природи».

У народі кажуть: «Вода все криє, а береги риє», «Вода м’яка, а камінь пробиває». Велике значення має вода для живих організмів. Наприклад, кров людини складається на 90 % з води, м’язи — на 75 %, кістки — на 28 %, око — на 99 %. Вода є обов’язковим компонентом живої клітини. Жоден із живих організмів не може обходитись без води. Зневоднення організму на 12—15 % призводить до порушення обміну речовин, а на 25 % — до його загибелі. В організмах відбувається оновлення води: у кактусах — за 28 років, у черепахи — за один рік, у верблюда — за три місяці, у людини — за один місяць. Без води людина може прожити три дні, а без їжі 30—50 днів.

Вода має величезний вплив на умови середовища. Завдяки водній оболонці існує життя на Землі. Вона має високу теплоємність, тому живі організми захищені від надмірно високих і надмірно низьких температур, які б загрожували існуванню життя на Землі. Ґрунтові води забезпечують вологою рослинний покрив і живі істоти, що живуть у ґрунті.

Вода — найсильніший поглинач сонячного тепла на поверхні Землі, й основна роль у цьому належить Світовому океану. Від поверхні океану відбивається 8 % сонячної радіації. Завдяки високій теплоємності води океани виступають акумулятором сонячної енергії на планеті, а поверхневі течії океанів переносять тепло по планеті, впливаючи на клімат. (додаток 4 )

1.5. Вода як середовище існування живих організмів

У процесі історичного розвитку живі організми освоїли чотири місця існування. Перша - вода. У воді життя зародилося і розвивалося багато мільйонів років.

Вода покриває 71% площі земної кулі і складає 1/800 частину обсягу суші або 1370 м³. Основна маса води зосереджена в морях та океанах – 94 - 98%, в полярних льодах міститься близько 1,2% води і зовсім мала частка - менше 0,5%, у прісних водах річок, озер і боліт. Співвідношення ці постійні, хоча в природі безперервно йде кругообіг води. (додаток 5)

У водному середовищі живе близько 150 000 видів тварин і 10 000 рослин, що становить відповідно всього 7 і 8% від загального числа видів Землі. На підставі цього був зроблений висновок про те, що на суші еволюція йшла набагато інтенсивніше, ніж у воді.

Висока густина водного середовища визначає особливий склад і характер зміни життєзабезпечуючих чинників. Одні з них ті ж, що і на суші - тепло, світло, інші специфічні: тиск води (з глибиною збільшується на 1 атм. на кожні 10 м), вміст кисню, склад солей, кислотність. Завдяки високій густині середовища, значення тепла і світла з градієнтом висоти змінюються набагато швидше, ніж на суші. Тепловий режим. Для водного середовища характерний менше надходження тепла, тому що значна частина його відбивається, і не менш значна частина витрачається на випаровування. При відсутності льодового панцира моря в холодну пору року надають утеплюючу дію на прилеглі території суші, влітку - охолоджуючу та зволожуючу.

Діапазон значень температури води в Світовому океані становить 38 ° (від -2 до +36 ° С), у прісних водоймах - 26 ° (від -0,9 до +25 ° С). З глибиною температура води різко падає. До 50 м спостерігаються добові коливання температури, до 400 - сезонні, глибше вона стає постійною, опускаючись до +1-3 ° С (у Заполяр'ї близька до 0 ° С). Незначні коливання температури в ту чи іншу сторону супроводжується суттєвими змінами у водних екосистемах. Приклади: «біологічний вибух» в дельті Волги через пониження рівня Каспійського моря - розростання заростей лотоса (Nelumba kaspium), у південному Примор'ї - заростання білокрильника гирл річок по берегах яких вирубана і спалена деревна рослинність.

У зв'язку з різним ступенем прогрівання верхніх і нижніх шарів протягом року, приливами і відливами, течіями, штормами відбувається постійне перемішування водних шарів. Роль перемішування води для водних мешканців (гідробіонтів) виключно велика, тому що при цьому вирівнюється розподіл кисню і поживних речовин усередині водойм, забезпечуючи обмінні процеси між організмами і середовищем.

Інтенсивність світла у воді сильно ослаблена через його відбиття поверхнею і поглинанню самою водою. Це сильно позначається на розвитку фотосинтезуючих рослин. Чим менше прозорість води, тим сильніше поглинається світло. Прозорість води лімітується мінеральними суспензіями, планктоном. Зменшується вона при бурхливому розвитку дрібних організмів влітку, а в помірних і північних широтах - ще й взимку, після встановлення льодового покриву і укриття його зверху снігом.

В океанах, де вода дуже прозора, на глибину 140 м проникає 1% світлової радіації, а в невеликих озерах на глибині 2 м проникає всього лише десяті частки відсотка. Промені різних частин спектра поглинаються у воді неоднаково, спочатку поглинаються червоні промені. З глибиною стає все темніше, і колір води стає спочатку зеленим, потім блакитним, синім і в кінці - синьо-фіолетовим, переходячи в повний морок. Відповідно змінюють колір і гідробіонти, адаптуються не тільки до складу світла, але і до його нестачі - хроматична адаптація. У світлих зонах, на мілководдях, переважають зелені водорості (Chlorophyta), хлорофіл яких поглинають червоні промені, c глибиною вони змінюються бурими (Phaephyta) і далі червоними (Rhodophyta).

До недостачі світла рослини пристосувалися розвитком хроматофорів великих розмірів, що забезпечують низьку точку компенсації фотосинтезу, а також збільшенням площі асиміляційних органів (індексу листкової поверхні). Для глибоководних водоростей типові сильно розсічені листки, платівки листя тонкі, що просвічуються. Для напівзанурених і плаваючих рослин характерна гетерофілія - листя над водою такі ж, як у наземних рослин, мають цілісну пластинку, розвинений устьячковий апарат, а у воді листя дуже тонкі, складаються з вузьких ниткоподібних частин.

Гідробіонти - мешканці водойм -- виробили пристосування як до існування у водному середовищі взагалі, так і до певного типу водойм.
Екологічні групи гідробіонтів. (додаток 6)

Планктон - організми (деякі бактерії, ціанобактерії, водорості, найпростіші, медузи, дрібні ракоподібні, личинки риб) не здатні протидіяти течіям, тому розносяться ними на великі відстані. Їхні пристосування до існування в товщі води пов’язані з забезпеченням плавучості: дрібні розміри, різноманітні вирости, зменшення щільності тіла (полегшення скелетних елементів, наявність газових вакуолей, жирових включень тощо).
Нектон - організми (більшість риб, головоногих молюсків, китоподібні) здатні активно пересуватись у товщі води, незалежно від напрямку течії. Вони мають обтічну форму тіла і добре розвинені органи руху.
Бентос - організми, які мешкають на поверхні або в товщі дна водойм (форамініфери, коралові поліпи, круглі та малощетинкові черви, деякі молюски і ракоподібні, голкошкірі, придонні риби, деякі водорості, бактерії). Ці організми мають пристосування для пересування по дну водойм або прикріплення до нього, часто здатні закопуватись у його товщу.

2. Практична частина

Вода є не тільки навколишнім середовищем для гідробіонтів, а й одночасно їх внутрішнім середовищем, оскільки тіло гідробіонтів на 90 % складається з води. Гідробіонти створюють також зовнішнє середовище один для одного, виділяючи і споживаючи кисень і вуглекислий газ, поїдаючи одне одного (хижаки—жертви) тощо.

Кожен організм живе у системі взаємодії з навколишнім середовищем, без якого він не може ні народитися, ні жити, ні вмерти.

Із числа земних факторів найбільше екологічне значення мають фізичні та хімічні властивості самої води — питома вага, в'язкість, поверхневий натяг, каламутність, освітленість, прозорість, колірність.

Фізико-хімічні фактори — це активна реакція середовища (рН), жорсткість, осмотичний тиск.

Хімічні фактори — це вміст кисню, вуглекислого газу, інших розчинених газів, мінералізація, сольовий склад, солоність, концентрація органічних речовин, наявність забруднюючих речовин різного хімічного складу.

Для донних організмів важливе значення як фактори мають структура донних відкладень, рівень замуленості, вміст органічної речовини в мулах.

У XX ст. найбільшого значення для водного середовища набули антропічні фактори.

Господарська діяльність людини, хижацьке використаний рибних запасів, необмежений промисел морських тварин призвели до різкого зниження чисельності корисних водяних тварин, до перебудови структури біоценозів, вимирання найменш захищених видів.

Найважливіші антропічні фактори забруднення водойм стічними водами різних виробництв та комунально-побутовими стоками.

Серед антропічних факторів, що найбільше змінюють якість природних вод та знижують біологічну продуктивність водойм, можна відмітити наступні: підвищення вмісту у воді біогенних речовин — нітрогену і фосфору, призводить до надмірного розвитку водоростей і подальшого самозабруднення водойм при їх відмиранні; органічне забруднення ; токсичне забруднення хімічними речовинами різного походження; кислотні дощі, що змінюють реакцію води (рН).

В межах найменшої в Україні Чернівецької області (Північної Буковини), площа якої становить всього 1,3 % її території, протікає 4240 річок, розташовані 1150 ставків, 4 водосховища, із них Дністровське – належить до великих водогосподарських об’єктів.

Найважливішою складовою земель водного фонду є водні об’єкти, де зосереджені водоресурсні запаси області.

До них належать:

1. Поверхневі води:

- річки, озера;

- штучні водойми (водосховища, ставки) і канали.

2. Підземні води і джерела.

Досліджуючи воду як середовище існування живих організмів ми побували на таких водних об’єктах, як Прут, Черемош (під час канікул), річці Клокучці, яка знаходиться в районі ЗОШ №8 і впадає в р. Прут та озері, що знаходиться по вул. Комарова. На даних водних об’єктах було взято проби води, які дослідили в школі за певними показниками.

Першим показником, який ми досліджували, був прозорість, яка вимірюється в сантиметрах. Найбільш прозора вода в річці Черемош, найкаламутніша в річці Клокучка. Чим більш каламутна вода, тим менше сонячного світла потрапляє в нижні шари водойм. А значить там не можуть мешкати рослини, здатні до фотосинтезу, а значить такі водойми бідні на кисень. (додаток 7)

Взявши проби води ми дослідили її за наступними показниками: запах, водневий показник, температура, кольоровість, завислі частинки.

Вміст завислих речовин. Джерелом завислих речовин можуть бути процеси ерозії ґрунтів і гірських порід, помутніння донних відкладів, продукти метаболізму і розкладання гідробіонтів та хімічних реакцій, антропогенні джерела. Завислі речовини впливають на стан життєдіяльності гідробіонтів, призводить до замулювання водойм, спричиняючи їх екологічне старіння. Вміст завислих речовин визначають у грамах на метр кубічний (мг/дм³), пропускаючи певний об’єм води крізь щільний паперовий або мембранний фільтр. Прозорість води контролюють також вимірюванням висоти її стовпчика, крізь який можна нормально читати друкарський шрифт або бачити нанесений чорною фарбою на білу пластину хрест із товщиною ліній 1мм. (додаток 8)

Запах природних джерел може мати різні відтінки та інтенсивність. Запах води може бути природного або штучного походження. Природні запахи (болотний, гнилісний, землистий, сірководневий, трав’янистий та ін.) обумовлені живими та відмерлими організмами, продуктами розмиву русел. Запахи штучного походження (фенольний, нафтовий, хлорфенольний, хлорний та ін.) з’являються у результаті скиду у водоймище недостатньо очищених стічних вод та обробки води реагентами.

Запах оцінюються за п’ятибальною шкалою:

1 – дуже слабкий, який визначається тільки досвідченим лабораторним працівником;

2 – слабкий, який визначається споживачем, якщо звернути на це його увагу;

3 – помітний;

4 – ясно виражений;

5 – дуже сильний.

Вода з р. Черемош немає запаху, тому ми позначили її за 1. Вода з р. Клокучка має різкий неприємний запах побутових стічних вод. (додаток 9)

Температура води неоднакова у природних джерелах. У відкритих водоймищах вона залежить, головним чином, від температури повітря і коливається у дуже широких межах. Температура води у поверхневому джерелі неоднакова за глибиною. Вода в гірських річках завжди холодніша, тому що річка бере початок високо в горах, де температура нижча.

Водневий показник рН Існує шкала значень рН від 0 до 14, для нейтральної реакції рН = 7, для кислої – рН менше 7, для лужної реакції рН більше 7. Нейтральне середовище мають проби води з р. Черемош. Лужний показник – проби з р. Клокучки, що свідчить про високий рівень забруднення річки побутовими стічними водами. (додаток 10)

Гідробіологічні показники – кількісні та якісні характеристики різних груп водного населення, що використовуються для оцінки еколого-санітарного стану водних екосистем.

За результатами досліджень, проведеними було встановлено, що найгірші показники має вода з р. Клокучка. Вона протікає через приватний сектор і тому дуже багато побутових стічних вод скидаються безпосередньо в річку, так як у деяких районах немає централізованого водовідведення. Також береги річки забруднені побутовим сміттям. В даній водоймі нами були помічені ознаки цвітіння, що свідчить про наявність у воді великої кількості синьо-зелених водоростей. Велика кількість яких зумовлена великою кількістю фосфатів, які потрапляють у водойму з побутовими стічними водами.

Один грам фосфату, як складової речовини пральних порошків, стимулює розмноження 5-10 кілограмів отруйних синьо-зелених водоростей, які в процесі свого біологічного розвитку зменшують вміст кисню у воді, утворюють токсичні речовини і викликають масову загибель гідрофауни. Прісна вода стає непридатною для пиття і небезпечною для життя.

Найчистіша за вмістом фосфатів і за всіма іншими показниками річка Черемош, в якій водиться багато риби, в тому числі форелі, яка живе тільки у чистих проточних водоймах. Найбільш непридатна для життя живих організмів, за нашими спостереженнями є річка Клокучка, в якій риба взагалі не водиться.

Річка Черемош, яка бере свій початок високо в горах, впадає в річку Прут.

В Карпатах Прут стрімкий, води чисті і прозорі. В межах м. Чернівців річка стає ширшою, а води спокійніші, вода в яких вже не така чиста. Основною екологічною проблемою є викид побутових стічних вод у води річки. Дно гірських річок Черемош і Прут майже не мають намулу, тому що вода постійно протікає.

При дослідженні озера по вул. Комарова виявили, що вода в озері мутна, дно намулисте, тому що вода стояча. Біля берегів озера спостерігаємо ознаки цвітіння. Що свідчить про забруднення водойми фосфатами, а це, в свою чергу, призвело до розмноження синьо-зелених водоростей, які негативно впливають на тваринний і рослинний світ озера.

РЕЗУЛЬТАТИ ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОБ ВОДИ

№	Найменування показника	ГДК	р. Клокучка	р. Прут	р. Черемош	Озеро
1	Температура,ºС	не норм	4	3	3	4
2	Водневий показник, рН	6,5-8,5	9	8	7	8
4	Завислі речовини, мг/дм³	0,25	20	6,40	2	16
5	Прозорість,см	не норм	20	25	30	15
6	Запах, бали	1	3	1	1	2

Висновки

Розглядаючи воду як середовище існування живих організмів ми дослідили такі водні об’єкти, як р. Прут, р. Черемош, р. Клокучку, яка знаходиться в районі ЗОШ №8 і впадає в р. Прут та озеро, що знаходиться по вул. Комарова.

Взявши проби води з даних водних об’єктах ми дослідили її за наступними показниками: прозорість, запах, водневий показник, температура, завислі частинки.

Основною екологічною проблемою є викид побутових стічних вод у води річки.