Качество питьевой воды является одной из главных глобальных проблем XXI века. Каждая область, город, деревня - это уникальное место, со своим климатом, экологией, состоянием водных объектов. Вода, отражает  все территориальные особенности, которые влияют на ее химический состав и органолептические показатели. Проблема водоснабжения населения качественной питьевой водой становится с каждым годом все более актуальной. Согласно действующим стандартам питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу. Какую воду мы пьем? Какие вещества содержатся в ней? Ученые предупреждают: запасы грунтовых вод, из которых черпают питьевую воду около 2 миллиардов человек на планете, постепенно иссякают. Это признается на самом высоком уровне. Так, в государственной программе развития сельского хозяйства на 2008-2012 годы одной из задач ставится обеспечение сельского населения питьевой водой до 66 процентов. В связи с этим малые реки играют исключительно важную роль в жизни людей. Изучение экологического состояния рек, наблюдение за его изменением необходимо для принятия мер в целях охраны и восстановления  экологического равновесия. Из вышесказанного вытекает цель моей работы: исследование качества воды в реке Северная Двина (в районе  деревни Чухчерема).      

1. Составить географическую и гидрологическую характеристики реки;

2. Познакомиться с методикой определения содержания в воде различных ионов;

3. Провести химический анализ качества воды; определить качество речной воды в деревне Чухчерема.

4. Сделать соответствующие выводы.

 

Гипотеза: я предполагаю, что вода из реки Северная Двина после кипячения улучшает свои качества.

 

Методы исследования: работа с научной литературой и Интернет-ресурсами; сбор и анализ информации; анкетирование  взрослого населения; проведение  химического анализа;  метод биоиндикации водоёмов; наблюдения и сравнения.

 

Объект  исследования: вода из реки Северная Двина деревни Чухчерема Холмогорского  района Архангельской  области.

 

Предмет исследования: качество речной воды.

 

Практическая значимость. В условиях нарастающего экологического кризиса исследования такого рода становятся более востребованными. Изучение экологической обстановки, наблюдение за её изменениями как в лучшую, так и в худшую сторону, необходимо для сохранения природы в целом, и человека, в частности. Исследование окружающего мира воспитывает экологическую культуру, прививает практические навыки, учит сотрудничеству. Изучением экологического состояния реки Северная Двина я хочу начать большую работу по изучению всех водных объектов нашей местности. Новизна моей  работы состоит  в том, что исследования  реки Северная Двина на территории деревни Чухчерема проводятся впервые, за всю историю существования  деревни  река на 73 километре не изучалась.

 

Основная часть. Изучение экологического состояния реки Северная Двина.

 

Я живу в русской северной деревне Чухчерема. Стоит моя деревенька уже 500 лет на берегу Северная Двина, смотрится в чистые, прозрачные воды, словно красная девица в зеркальце. Только зеркальное отражение уже не то, что было 100-200 лет назад. (пр. 1 ф. 2,4,5) Прогневалась река - матушка на селян, а за что никто не знает. Избы в деревне крупные, добротные, красивые, у самой воды - баньки «по-черному» (пр. 1ф. 1). У самой воды были, а теперь их уж давно смыло. Разрушается кладбище на берегу. Размывает могилы, смывает кости в воду. (пр. 1 ф 9,10) Нет покоя моим предкам на том свете. После дождя или половодья можно найти деньги (прил. 2 фото). Река очень широкая. Жители берут воду с реки для приготовления пищи, для скота и хозяйственных нужд. Люди издавна селились там, где была вода. Почему?  Потому что без воды нет жизни! Человек может прожить без пищи четыре недели, а без воды — не больше пяти дней. Воду называют «минералом жизни» потому, что сама жизнь, по мнению ученых, много миллионов лет назад зародилась именно в древних океанах.

 

Географическое и гидрологическое описание реки Северная Двина. География. Длина - 744 км, длина с Сухоной - 1 300 км, длина с Вычегдой - 1 803 км. По данным государственного водного реестра [1] длина водного пути р. Кубена - оз. Кубенское - р. Сухона - р. Северная Двина составляет 1683 км. Площадь бассейна — 357 тыс. км². Малая Северная Двина образуется слиянием рек Сухона и Юг (у города Великий Устюг в Вологодской области). Далее течёт на север, в Архангельскую область. Возле города Котлас Малая Северная Двина сливается с Вычегдой (следует отметить, что Вычегда при слиянии несёт больше воды, чем Малая Северная Двина), после чего поворачивает на северо-запад, а затем постепенно на север. Почти на самом севере сливается с Пинегой. ( у деревни Чухчерема) Дельта Северной Двины (площадь дельты около 900 км²) начинается от Новодвинска. Возле Архангельска и Северодвинска впадает в Двинскую губу Белого моря. Ниже впадения Пинеги Северная Двина разбивается на протоки с многочисленными островами, ширина долины возрастает до 18 км. У Архангельска река ещё раз собирается в одно русло, а ниже города образует дельту пл. 900 км², состоящую из нескольких рукавов. В устюжской летописи о Северной Двине записано: «Реки Юг и Сухона, совокупившиеся воедино слияние, третью реку из себя производят, которая особенно восприемлет именование Двина, потому наречеся, что сдвинулись две и производят из себя третью… Сия река Двина… простирается от горы Гледен на шестьсот вёрст и далее и впадает в великое море-океан, в Соловецкую пучину».

 

Гидрология. Питание смешанное, с преобладанием снегового. Средний расход воды у слияния Сухоны и Юга 770 м³/с, в устье 3490 м³/с. Наибольший размах колебаний уровня между устьями рек Ваги и Пинеги до 14 м. Замерзает в конце октября — начале ноября, вскрывается от начала апреля до начала мая. Ледоход бурный с частыми заторами. Деревня Чухчерема расположена на красивейшем высоком правом берегу Северной Двины. Это Холмогорский район.  Питание смешанное, с преобладанием снегового. [7]

 

Среднемесячные расходы воды в реке в районе с. Усть-Пинега с 1881 по 1993 год. (Самый многоводный месяц май)[2]

 

Климатическая характеристика. Климат в районе территории устьевой области реки северной Двины характеризуется прохладным летом и холодной зимой. Климатические условия на данной территории суровые. Зима (конец октября начало апреля) умеренно-холодная, с пасмурной погодой, частыми метелями. Температура воздуха в отдельные годы опускается до -40 0C и ниже. Относительная влажность воздуха зимой очень высокая (около 90 процентов). Толщина снежного покрова в конце зимы - 0,5- 0,7м . Весна (начало апреля середина июня) прохладная. Лето дождливое, пасмурное. Температура воздуха держится около   12-15 0C, максимум  32 0C. Летом часто наблюдаются туманы, затяжные моросящие дожди. С конца мая по конец июля длятся белые ночи. Осень холодная, дождливая, с частыми густыми туманами, с низкой сплошной облачностью. Днем температура воздуха держится около 3-9 0C , ночью 2-4 0C. В октябре часто идёт снег, на море часты штормы. Ветры переменные зимой летом преобладают ветры северо-восточные. В 2011 году средняя толщина льда -70см. Ледоход начался 27.04.2011.

 

Сравнение карт 1730 – 1788г. На основе старинных карт и современных картографических материалов, научно-исторических данных различного формата и типа за последние 350 лет. На базе этих карт и натурных экспедиционных материалов рассмотрены природные изменения и антропогенное воздействие на береговую черту участка Северной Двины в области деревни Чухчерема. По оценке зав. лаборатории физико-геологических исследований академика Лисицына А.П., из воды удаляется – осаждается на дно, разносится вдоль береговыми течениями до 95% взвешенного материала и 20%-40% растворённых веществ. Эти вещества переходят в донные отложения. При обработке фотографий 1940 - 2011 годов я могу сделать следующий вывод: происходит изменение очертания берега ( пр.1 ф. 2,4,5) Преобладают суглинки и супеси. В Холмогорском расширении считается главным руслом рукав реки Северной Двины проходящий вдоль правого берега. Район Холмогорского расширения – это родина выдающегося учёного России – М. В. Ломоносова. Первый из сохранившихся и опубликованных планов, который удалось найти – это рисунок, выполненный лично М.В. Ломоносовым.(пр.1 ф. 2) Он представляет общий план окрестностей, находящихся рядом с его родной деревней Мишанинской. Ситуация 1730 года. На правом берегу в районе деревни Чухчерема можно наблюдать последствия прохождения ледника: многочисленные крупные и мелкие холмы, они трудно поддаются размыву. [2] На Ломоносовском рисунке все основные острова и протоки Холмогорского расширения, которые имелись к тому времени. Здесь можно хорошо видеть острова Чухченемский и Ухтостров. А вот на плане 1771 года, изданный Лепехиным в 1788 году) вверх по течению от острова Золотая Орелка находится остров Чухчеремской, который образовался в результате отмыва его от основного острова  Чухчеремской ( на плане 1771-1778 остров Чухченемской). Ниже по течению от острова Чухчеремской появился осерёдок. Остров Чухчеремской ( на плане 1771-1778 остров Чухченемской) изменил свои очертания и стал похож на овал. [ 1]

 

Вывод: при сравнении двух планов 1730-1764г и 1771-1788 они имеют главную общность - М.В. Ломоносов отобразил правильно общую картину Холмогорского расширения. Им правильно очерчены крупные острова – остров Ухтостров и Чухчеремской изображены как единый остров. Причина переформирование островной системы Холмогорского расширения, - это весна период ледохода и половодья. Основной действующий элемент – это лёд. Большое влияние на переотложения  оказывают заторы льда в протоках расширения. [6]  После прорыва затора огромная масса воды и льда сметает всё на своём пути, в результате этого размываются и исчезают старые острова и образуются новые. Это же и произошло с деревней Чухчерема.(пр.3 ф. 1-4)

 

Химический анализ качества воды. Для изучения качества воды в реке Северная Двина,  забор проб воды производился зимой, весной, летом и осенью. В нескольких местах: в районе размыва кладбища, ниже в месте забора воды населением, у д. Глухое.

 

Определение органолептических показателей воды.

 

Опыт 1. Определение мутности и прозрачности воды. Наливаем в чистые пробирки 5 мл. исследуемой воды, затем рассматриваем воду сверху на тёмном фоне при хорошем освещении.

 

Опыт 2. Определение цветности воды. Исследуемую воду наливаем в чистые пробирки 5 мл. и  определяем её цветность. Наблюдение проводим, глядя сверху на пробу воды, сравниваем  с белым фоном, при достаточном боковом освещении.

 

Опыт 3. Определение запаха. Пробы воды наливаем в пробирки и закрываем  пробками.  При проведении исследования образцов воды соблюдали правила определения запаха неизвестных веществ.  Данные занесены в таблицу 1   

 

           

Вывод: Мутность во всех пробирках отсутствует. Цветность  слегка жёлтая, соответствует норме.  По характеру проявления запаха и его интенсивности в изученных пробах можно сделать вывод об удовлетворительном состоянии воды в реке Северная  Двина. Наличие, слабо - заметного, запаха в первой  пробе объясняется близостью кладбища (пр.2 фото 1-11).  Также были сделаны фотографии  с микроскопа марки микромед. Обнаружены простейшие: инфузория туфелька, зелёные водоросли – улотрикс, во́львокс.  (пр. 5 ф. 1-6 )                                                                                                            Определение  кислотно-основных свойств воды по значениям водородного показателя (pH), жёсткости и содержания в воде ионов:  Fe3+, Cl-, NO3- ;  SO42-.

 

Опыт 1. Определение кислотности воды по значениям водородного показателя ( рН ). рН воды определили с помощью тест-полоски и контрольной  шкалы для определения рН. из лаборатории ЭХБ. Вначале опыта пробирку сполоснули несколько раз анализируемой водой, налили 5 мл. исследуемой воды и опустили  индикаторную тест-полоску  в воду. Окраску полученного раствора сравнили с контрольной шкалой. Данные в таблице 2.

 

Опыт 2.  Качественное  определение содержания в воде ионов: Fe³+, Cl¯ , SO4²- ,CO3²¯, NO3-. В ходе опыта  определение проводилось с тремя различными образцами: исследуемая вода; раствор сравнения ( где присутствует определяемый ион); контрольная пробирка с дистиллированной водой. Споласкиваем пробирки  дистиллированной водой. Затем наливаем в каждую пробирку 2мл. испытуемого раствора: 1- раствор сравнения, 2- дистиллированная вода, 3, 4, 5 - исследуемая вода. Проводим качественные реакции на присутствие  ионов. 1. Ион Fe³+ Налили в первую пробирку 2 мл. раствора соли Fe³+. Прилили в пробирку несколько капель раствора  роданида  калия KSCN. Перемешали раствор. Результат внесли в таблицу. Также провели опыт на ионы Fe³+  c 2 мл. дистиллированной воды и исследуемой водой. Окраску в пробирке рассматривали на фоне листа белой бумаги. Результат внесли в таблицу. (пр. 5 табл.3) Использовали тест полоску из лаборатории ЭХБ, концентрация железа  равна 0,8 мг/куб дм.

 

2. Чтобы обнаружить сульфат-ион  SO4²¯  использовали раствор хлорида  бария в присутствии разбавленного раствора азотной кислоты. Также использовали все пять  пробирок. Результат внесли в таблицу.

3. Для обнаружения хлорид-иона Cl¯  использовали раствор нитрата серебра AgNO3  в присутствии разбавленного раствора азотной кислоты HNO3.

4. Для обнаружения карбонат-ионов СО3²¯, в случае присутствия  ионов SO4²¯ в растворе, в пробирку добавляют раствор соляной кислоты  HCl и 2-3 капли известковой воды. В случае наличия карбонат-ионов произойдёт помутнение раствора.

5. Для обнаружения нитрат-ионов NО3¯, использовалась тест полоска из экологического практикума ЭХБ.

 

6. Жёсткость воды. К анализируемому раствору 5 мл прибавляем по каплям р-р титранта на белом фоне появляется нежно розовый цвет раствора. Капли добавляли до сиренево-синего цвета. Капли сосчитали. 1 капля = 1,0 ммоль\л (лаборатория «ЭХБ» ). Проведя опыты с титрантом [4] (титрование трилоном Б в аммонийном буфере (pH=10) с индикатором эриохром черный Т), я определил величину общей жёсткости получил следующие результаты жёсткость воды равна  6 - 7 ммоль\л. Вывод: На основе проведённых опытов можно сделать вывод о наличии в реке ионов Fe³+ , SO4²¯. Присутствие ионов Fe объясняется истоком реки из верховых болот, а наличие ионов SO4²¯- постоянной некарбонатной жёсткостью.

 

Вывод: для природных вод показатель рН колеблется от 5,5 до 6,0, следовательно, экологическое состояние  и качество воды в реке находится в норме. Значения водородного показателя (pH) характеризуют воду реки в пределах от слабокислой до нейтральной. Кислотно-основные характеристики воды зависят от характера питания водоёмов, от происходящих в нём химических и биологических процессов. Нейтральной, по литературным источникам, считается вода с pH от 6,96 до 7,3. С помощью качественных реакций в воде ионы Cl- не были обнаружены (отсутствие ионов хлора доказывает минимальность антропогенного воздействия). Было замечено, что снизилось содержание нитратов к зиме, ( с 50 до 10). Содержание нитратов в мае и начале июня  повышено, я это связываю с размывом кладбища. Жёсткость снизилась с 7 до 5. А ионы железа Fe3+ есть, т.к. река, подпитывается  стоками с верховых болот, богатыми ионами Fe3+.

 

Наличие железа в питьевой воде, не прошедшей фильтры воды для обезжелезивания, ухудшает ее вкус и запах. При регулярном употреблении такой воды возрастает опасность различных заболеваний внутренних органов – в первую очередь печени и почек, влияет на морфологический состав крови человека. Повышенное содержание железа отмечено и в заключении испытательного лабораторного центра города Новодвинска (Забор воды от 15 и 22 августа 2011года документы прилагаются). Проведён опрос населения. Людям был задан один вопрос: есть ли у них фильтры и используют ли они их для очистки воды. Фильтры есть у 11 семей из 113, но никто ими не пользуется.

 

В ходе исследования было проведено сравнение показателей воды: речной без какой - либо обработки и после кипячения; воды пропущенной через фильтр и через уголь из печки.

 

Вывод:

 

1. При кипячении исчезли простейшие.

 

2. Повысилось рН среды с 6,0 до 7,5

 

3. Уменьшилась жёсткость  с7,0 до 4,0.

 

4. Наблюдалось уменьшение содержания железа с 0,8 до 0,5. По другим показателям изменений не было.

 

 

 

1. По содержанию железа: с 0,8 до 0,6 снизилась концентрация в воде, пропущенной через уголь.

 

2. рН среды стала ближе к щелочной с 6,0 до 8,0 в той и другой пробе.

 

3. Уменьшилась жёсткость  до 5,0 в обеих пробах. По другим показателям изменений не было. 

 

 

Важное свойство древесного угля: он — прекрасный сорбент. Может быть, лучший из натуральных сорбентов. В воде, в воздухе и других загрязненных средах он наводит почти идеальную чистоту. У нас в деревне чистить древесным углем питьевую воду  может каждый. Пропустить воду через уголь и всё. Я в пропущенную воду через уголь посадил лук и провёл наблюдения (пр. 4 ф. 1-6). Корни появились мощные и быстрее у лука, который рос в воде, пропущенной через уголь. Перо было тёмно-зелёное и намного выше. На основе полученных данных был сделан вывод: при кипячении снижается содержание железа, исчезают одноклеточные микроорганизмы, вода становится мягче. Вода из реки Северная Двина после кипячения улучшает свои качества. Гипотеза подтверждена.

 

 

На основе проведённого исследования частично изучено экологическое состояние реки Северная Двина. Химический  анализ качества воды показал, что её показатели изменяются в зависимости от времени года. В весенний период замечено повышение содержания нитрат - ионов, что связано с размывом кладбища. В течение всего периода наблюдается повышенное содержание железа. Замечено, что при кипячении концентрация железа в воде снижается. Воздействие человека носит локальный бытовой характер. В ходе проведения работы мною было освоено много новых методов: метод биоиндикации (опыты с луком), органолептические методы изучения качества воды. Я считаю, что подобные исследования в наши дни очень актуальны и надеюсь, что работа в данном направлении в нашей школе будет продолжена. Практическая значимость работы велика. Река чувствительна к любым изменениям окружающей среды. И поэтому, контроль за экологическим состоянием природных водоёмов - важная задача. Необходимо провести разъяснительную работу среди населения по применению фильтров или древесного угля. А также обратить внимание на обязательное кипячение воды перед употреблением в пищу.