Кремлев Е.П. Лабораторный практикум по курсу Экология

Подождите немного. Документ загружается.

131

вых целей 2 категории, поэтому ПДК растворенного кислорода

вычисляется в мг/л по формуле (12). Степень очистки в % может

быть определена по формуле (11).

Лабораторная работа № 59 (4 часа)

Оценка устойчивости к загрязнению поверхностных вод

Естественная устойчив ость к загрязнению поверхностных вод

зависит от природной специфики водного объекта: водности, ско-

рости течения рек, прочности озер и водохранилищ, минерализа-

ции вод и т.д. Используя качественные характеристики водных

объектов, оцененные в ба ллах с учетом коэффициента значимос-

ти (Кз), всю гидросеть ре спублики по устойчиво сти объектов по-

верхностных вод к техногенному загрязнению можно подразде-

лить на три категории.

Критерии оценки устойчиво сти

поверхностных вод к техногенному загрязнению

* Длина реки принимается от истоков до выхода из района исследований

Характеристика

состояния

Критерии

Водные

объекты

качес-

твенная

количес-

твенная

Оценоч-

ный балл

Коэф-

фициент

значимо-

сти (Кз)

Балл

с уче-

том

Кз

Реки

(длина,

км)*

Самые

малые

Малые

Средние

Большие

до 25

25–100

100–500

более 500

0,5

1,5

2,5

3,5

1,0

3,0

5,0

7,0

Порядок

водного

объекта

Озера,

водохра-

нилища

(млн.м

)

Очень

малые

Малые

Небольшие

Большие

1–10

10–50

50–100

более 100

0,5

1,5

2,5

3,5

1,0

3,0

5,0

7,0

Озера,

водохра-

нилища

(проточ-

нос ть)

Бессточные

Сточные

Проточные

0,28

0,85

1,42

0,28

0,85

1,42

Мигра-

ционные

возмож-

нос ти

водного

объекта

Реки

(м/с)

До 0,2

0,2–0,4

0,4–0,6

более 0,6

2,0

2,57

3,13

3,71

2,0

2,57

3,13

3,71

132

Оценка устойчивости объектов

поверхностных вод к техногенному загрязнению

Характеристика

состояния

Водные объекты

Критерий

оценки

качес-

твенная

количес-

твенная

Оцено чный

балл с учетом Кз

Критерий

оценки

Характе-

ристика

состояния

Оцено чный

балл с учетом Кз

Суммарный

балл

Степень

устойчивости

Реки

Длина во-

дотока (км)

Самые

малые

до 25 1,0

Скорость те-

чения (м/с)

до 0,2

0,2–0,4

2,0

2,57

3,0

3,57

Озера, водохранилища

Объем воды, млн.м

Очень

малые

Малые

1–10

10–50

1,0

3,0

Проточность

Бессточные

Сточные

Проточные

Бессточные

Сточные

Проточные

0,28

0,85

1,42

0,28

0,85

1,42

1,28

1,85

2,42

3,28

3,85

4,42

Весьма неустойчивые (менее 5)

Реки

Длина во-

дотока (км)

Малые

Средние

Большие

25–100

100–500

более 500

3,0

5,0

7,0

Скорость те-

чения (м/с)

0,2–0,4

0,4–0,6

0,2–0,4

2,57

3,13

2,57

5,57

7,57

8,13

9,57

Озера, водохранилища

Объем воды, млн.м3

Не-

большие

Большие

50–100

более 1 00

5,0

7,0

Проточность

Бессточные

Сточные

Проточные

Бессточные

Сточные

Проточные

0,28

0,85

1,42

0,28

0,85

1,42

5,28

5,85

6,42

7,28

7,85

8,42

Неустойчивые (5–10)

Реки

Длина водотока (км)

Большие Более 500 7,0

Скорость течения

(м/с)

0,4-0,6

более 0,6

3,13

3,71

10,1

10,7

Относительно устой

чивые (более 10)

133

Ограниченная водно сть самых малых рек, замедленный во-

дообмен и малая минерализация (100–200 мг/л) делают их весьма

неустойчивыми к химическому и бактериологическому загрязне-

нию. Сюда относятся воды всех озер и водохранилищ с минерали-

зацией до 400 мг/л и объемом воды менее 50 млн. м

независимо

от их проточности. Все остальные водоемы и реки, в т.ч. большие

со скоростью течения до 0,4 м/с, малой и средней минерализаци-

ей, характеризуются как неустойчивые. И лишь большие и быст-

рые реки обладают относительной устойчивостью к техногенно-

му загрязнению.

Исходя из этого, воды малых рек и небольших водоемов не

обладаю т достаточной устойчивостью к постоянно му те хногенно-

му прессингу и нуждают ся в обязательном выполнении защит-

ных мер, рекомендованных для водоохранных зон малых рек.

Ширина водоохранной зоны должна устанавливаться дифферен-

цированно в зависимости от расположения области питания под-

земных вод, наличия притоков и мелких элементов речной сети,

ценных природных объектов, промышленных и т ранспортных

объектов, сложившейся на данном отрезке рекреационной нагруз-

ки. Любое загрязнение в пределах внутренней водоохранной тер-

ритории (прилегающей к руслу реки) проникает в поверхностный

водоток и грунтовый водоносный горизонт, а такие участки ха-

рактеризуются не удовлетворительной защищенностью подземных

вод от проникновения поверхностных загрязнений.

Задания

1. Определить уст ойчивость к техногенно му загрязнению реки

Неман.

2. Определить устойчивость к техногенному загрязнению реки

Черная Ганча.

3. Определить устойчивость к техногенному загрязнению ка-

кого-либо озера и пруда.

Лабораторная работа № 60 (4 часа)

Оценка устойчивости фитоценозов

к химическим загрязнениям

Под устойчивостью наземных фитоценозов к химическому

загрязнению в условиях интенсивного техногенного прессинга на

природные системы понимается их способность противостоять

134

внешним нагрузкам, не утрачивая тенденции к самовосстановле-

нию без нарушения биогеохимических и генетических показате-

лей. Воздействие химических элементов определяется составом,

количеством, токсичностью для растений, способом поступления,

наличием предела поглощения. Растения, имеющие предел погло-

щения определенных химических элементов, не могут быть в пол-

ной мере индикаторами в случае избыточного их содержания в

среде из-за существующего физиологического барьера поглоще-

ния. Следовательно, чем выше порог чувствительности к хими-

ческим воздействиям, тем выше сорбция и выше устойчивость к

химическим воздействиям. Этот факт положен в основу оценки

устойчивости к химическому загрязнению наземных раститель-

ных сообществ.

Устойчиво сть растительного покрова

к химическому загрязнению

Очень высокой степенью устойчивости к химическим заг-

рязнениям обладают фитоценозы с мелколиственными древесны-

ми породами, где о сновными являются береза, осина, тополь, чер-

ная и серая ольха. При усилении загрязнения окружающей среды

происходит увеличение зольности их древесины, а общее содер-

жание элементов возрастает от 1,1–2,5 (для Mn, Co) до 6,5–12 раз

(Cd, Cr, и др.). Это ведет к необратимым нарушениям в обменных

процессах мелколиственных фитоценозов и их деградации. Одна-

ко заложенный генетический код способствует ускоренному про-

це ссу во спроизводства. Поэтому мелколиственные фитоценозы

являются наиболее устойчивыми при загрязнении окружающей

среды различными поллютантами.

Для фитоценозов с высокой устойчивостью характерны дуб,

граб, клен. Хотя широколиственные породы и обладают практи-

чески наибольшей биопродуктивностью по некоторым позициям

Характер фитоценоза Качественная оценка устойчивос ти

Мелколиственные леса

Широколиственные леса

Широколиственно-хвойные

Еловые леса

Сос новые леса

Луговы е фитоценозы

Болотные фитоценозы

Зона хозяйственного освоения

Очень высокая

Высокая

Повышенная

Достаточная

Умеренная

Низкая

Очень низкая

Отсу тству ет

135

и большей устойчивостью к химическому загрязнению (накопле-

ние ряда элементов I и II групп опасности, т.е. Cd, Pb, Cr и др.), тем

не менее, они являю тся барьерными видами. Со держание ряда хи-

мических элемент ов (Ca, P, Mn, Zn) в листьях и коре (т.е. в основ-

ных сорбентах этих видов) мо ж ет снижаться при одновременном

накоплении тяжелых металлов, способствующих выведению из

биосистемы химических соединений. Кроме того, здесь ниж е тем-

пы накопления элементов. Все это ставит широколиственные фито -

ценозы на вт орое место по устойчив ости к химическим загрязнени-

ям. Накапливаемые элементы (в порядке убыв ания) располагаются

следующим образом: Pb, Cu, Co, Cr, Ni, S, K, Zn, Mn, Na.

К категории с повышенной степенью устойчивости отно-

сятся широколиственно-хвойные фитоценозы. Встречаются эпи-

зодически и представляют в основном сочетания дуба с елью или

сосной. Их сорбционные возможности ниже предыдущих, но выше

хвойных, что проявляется практически по всем оцениваемым па-

раметрам (бимофильные и тя желые металлы, система листва–хв оя–

кора–корни–древе сина, о слабление почвенных миграционных

потоков и др.).

Достаточной степенью устойчивости обладают еловые

фитоценозы, где возможно увеличение концентраций ряда элемен-

тов (Cd, Cr, Pb, Co и др.) более чем в 3 раза, что меньше, чем для

лиственных пород. Это говорит о наличии геохимического барье-

ра в еловых и в целом в хвойных породах. Увеличение зольности

происходит в хвое (здесь наблюдается наибольшая аккумуляция

S, Zn, Fe, Al, Si, Ni, Pb, Ca, Mg, Na, Cu) и коре (при отсутствии

изменений этого показателя в древе сине и корнях). Темпы есте-

ственного воспроизводства ниже, чем у лиственных пород.

К разряду умеренной устойчивости отнесены сосновые фи-

тоценозы. В со сне аккумулируются Cd, Cr, Co, Fe, S, Ni, Pb, Ca и

др. Однако на личие ряда тяжелых металлов (в частности, Ni, Cd,

Pb, Co) часто тормозит накопление в структурных частях биомас-

сы биофильных металлов (Mg, Cu, Zn и др.). В целом сосновые

фитоценозы менее устойчивы, чем еловые. Последние имеют бо-

лее высокую способность к образованию ветвей из спящих почек

и поэтому менее чувствительны. Существуют также различия меж-

ду сосновыми и еловыми фитоценозами в характере усвоения

минеральных элементов в условиях техногенной среды.

Естественные луговые фитоценозы

, приуроченные в основ-

ном к пониженным бе зле сным участкам, отнесены к категории

с низкой степенью устойчивости к химическим загрязнениям.

136

Содержание тяжелых металлов в т равах редко превышает сред-

ний уровень (исключение могут со ст авлять Ti, Cr и некоторые

другие). Общий объем во спроизводимой биомассы сравнитель-

но небольшой. Наибольший концентратор — над земная часть.

Болотные фитоценозы имеют очень низкую устойчивость к

химическим загрязнениям, поскольку обладают повышенной вос-

приимчивостью к поллю тантам, медленно растут и размно жаются.

Задание. Определить устойчивость к химическому загрязне-

нию урочища «Пышки», территории, прилегающей к ГПО «АЗОТ »,

«Химволокно» и КСМ.

VII. Радиационная безопасность

Лабораторная работа № 61 (4 часа)

Расчет радиоактивности препарата

в зависимости от времени

Радиоактивный распад совершается под действием внутри-

ядерных процессов. Его темп, характер не зависят от количества

радиоактивного вещества и не изменяются от обычных внешних

воздействий.

Распад любого радионуклида подчиняется статистическим

закономерностям, этот процесс носит вероятностный характер и

мож ет быть математически определен и охарактеризован лишь для

большого числа радиоактивных атомов.

Ск орость распада можно выразить взаимосвязанными величи-

нами: перио д полураспада (Т) и постоянной (к онстантой) распада (λ).

Периодом полураспада называется промежуток времени, в

течение которого распадается половина начального числа атомов

данного радионуклида. Многие природные радионуклиды обла-

дают громадным периодом полураспада (млн. и млрд. лет). Эти

«долгожители» «дожили» до наших лет

238

U 5•109 лет. Большин-

ство же искусственных радионуклидов, наоборот, «короткоживу-

щие», и среди них относительно большим периодом полураспада

отличаются

Sr (27,7 лет) и

137

Cs (30,0 лет).

Постоянной, или константой, распада (λ) с-1 называется доля

радиоактивных атомов, распадающихся за 1 с.

Закон радиоактивного распада можно выразить графичес-

ки и математи-че ски. Графически закон радиоактивного распада

137

выражается экспоненциальной кривой, где по горизонтали от-

ложены периоды полураспада, по вертика ли — число нераспав-

шихся атомов.

Математиче ски закон радиоактивного распада выражается

уравнением:

Nt = No • e–tλ,

где Nt — число атомов, существующих в момент t; No — число

атомов в начальный момент наблюдения; t — время, прошедшее

от начального момента до данного момента, выраженное в тех же

единицах, что и период полураспада; е — основание натурально-

го логарифма = 2,72.

Если взять интервал времени t, равный одному периоду по-

лураспада Т, то можно запис ать:

Nt = l/2 N0; ЅN0 = N0 • e–Tλ,

Ѕ = e–Tλ; 2 = e Tλ.

Прологарифмируем, получим:

ln2 = λ T lne; 0,693 = λT,

отку да

λ = 0,693 / T.

Значение поправочного коэффициента (К) на радиоактивный рас-

пад (K = e 0,693 t / T для различных значений времени t, выражен-

ным в долях периода полураспада Т) (по Верховской)

t t

1 2 3 4 5 6

0.00 1.00 0.40 1.32 0.80 1.73

0.01 1.007 0.41 1.33 0.81 1.74

0.02 1.01 0.42 1.34 0.82 1.75

0.03 1.02 0.43 1.34 0.83 1.77

0.04 1.03 0.44 1.35 0.84 1.79

0.05 1.03 0.45 1.36 0.85 1.80

0.06 1.04 0.46 1.37 0.86 1.81

0.07 1.05 0.47 1.38 0.87 1.82

0.08 1.06 0.48 1.39 0.88 1.84

0.09 1.03 0.49 1.40 0.89 1.85

0.10 1.07 0.50 1.41 0.90 1.86

0.11 1.08 0.51 1.42 0.91 1.88

138

1 2 3 4 5 6

0.12 1.09 0.52 1.43 0.92 1.89

0.13 1.10 0.53 1.44 0.93 1.90

0.14 1.11 0.54 1.45 0.94 1.92

0.15 1.11 0.55 1.46 0.95 1.93

0.16 1.12 0.56 1.47 0.96 1.94

0.17 1.13 0.57 1.49 0.97 1.95

0.18 1.14 0.58 1.50 0.98 1.97

0.19 1.14 0.59 1.51 0.99 1.99

0.20 1.15 0.60 1.52 1.00 2.00

0.21 1.16 0.61 1.53 1.01 2.01

0.22 1.16 0.62 1.54 1.02 2.02

0.23 1.17 0.63 1.55 1.03 2.03

0.24 1.18 0.64 1.56 1.04 2.04

0.25 1.19 0.65 1.57 1.05 2.05

0.26 1.19 0.66 1.58 1.06 2.07

0.27 1.20 0.67 1.59 1.07 2.09

0.28 1.21 0.68 1.60 1.08 2.10

0.29 1.22 0.69 1.61 1.09 2.11

0.30 1.23 0.70 1.62 1.10 2.13

0.31 1.24 0.71 1.63 1.11 2.14

0.32 1.25 0.72 1.64 1.12 2.15

0.33 1.25 0.73 1.65 1.13 2.17

0.34 1.26 0.74 1.67 1.14 2.19

0.35 1.27 0.75 1.68 1.15 2.20

0.36 1.28 0.76 1.69 1.16 2.22

0.37 1.29 0.77 1.70 1.17 2.24

0.38 1.30 0.78 1.71 1.18 2.25

0.39 1.31 0.79 1.72 1.19 2.27

1.20 2.29 1.63 3.09 2.30 4.90

1.21 2.31 1.64 3.11 2.35 5.10

1.22 2.32 1.65 3.13 2.40 5.26

1.23 2.33 1.66 315 2.45 5.47

1.24 2.34 1.67 3.17 2.50 5.64

1.25 2.36 1.68 3.19 2.55 5.81

1.26 2.38 1.69 3.22 2.60 6.05

1.27 2.40 1.70 3.25 2.65 6.27

1.28 2.42 1.71 3.27 2.70 6.49

1.29 2.44 1.72 3.29 2.75 6.73

1.30 2.46 1.73 3.31 2.80 6.69

1.31 2.47 1.74 3.33 2.85 7.17

1.32 2.49 1.75 3.35 2.90 7.46

1.33 2.51 1.76 3.38 2.95 7.76

1.34 2.53 1.77 3.40 3.00 8.00

139

1 2 3 4 5 6

1.35 2.54 1.78 3.42 3.05 8.25

1.36 2.56 1.79 3.45 3.10 8.58

1.37 2.58 1.80 3.47 3.15 8.93

1.38 2.89 1.81 3.49 3.20 9.21

1.39 2.61 1.82 3.52 3.25 9.52

1.40 2.63 1.83 3.54 3.30 9.87

1.41 2.64 1.84 3.56 3.35 10.18

1.42 2.66 1.85 3.59 3.40 10.54

1.43 2.68 1.86 3.62 3.45 10.91

1.44 2.70 1.87 3.64 3.50 11.36

1.45 2.72 1.88 3.67 3.55 11.74

1.46 2.75 1.89 3.70 3.60 12.06

1.47 2.77 1.90 3.72 3.65 12.55

1.48 2.78 1.91 3.75 3.70 12.94

1.49 2.80 1.92 3.78 3.75 13.40

1.50 2.82 1.93 3.80 3.80 13.87

1.51 2.84 1.94 3.82 3.85 14.39

1.52 2.86 1.95 3.85 3.90 14.88

1.53 2.88 1.96 3.88 3.95 15.49

1.54 2.90 1.97 3.91 4.00 16.00

1.55 2.92 1.98 3.94 4.05 16.45

1.56 2.94 1.99 3.97 4.10 17.12

1.57 2.96 2.00 4.00 4.15 17.81

1.58 2.98 2.05 4.16 4.20 18.17

1.59 3.00 2.10 4.31 4.25 18.92

1.60 3.02 2.15 4.44 4.30 19.69

1.61 3.04 2.20 4.57 4.35 20.40

1.62 3.06 2.25 4.73 4.40 21.12

4.45 21.76 5.05 33.12 5.65 49.90

4.50 22.65 5.10 34.12 5.70 51.94

4.55 23.34 5.15 35.52 5.75 53.52

4.60 24.29 5.20 36.60 5.80 55.70

4.65 25.03 5.25 38.09 5.85 57.40

4.70 26.05 5.30 39.25 5.90 59.74

4.75 26.84 5.35 40.45 5.95 62.18

4.80 27.94 5.40 42.10 6.00 64.00

4.85 28.79 5.45 43.38 7.00 128.00

4.90 29.96 5.50 45.15 8.00 256.00

4.95 30.38 5.55 46.53 9.00 512.00

5.00 32.00 5.60 48.42 10.00 1024.00

N t= N • e – 0,693 t / T или Nt / N0 = e – 0,693 t / T,

N0 / Nt = e 0,693 t / T.

140

Величина e 0,693t/T показывает, во сколько раз nt меньше N0

на момент времени t, ее обозначим через К, так называемый по-

правочный коэффициент (находим по таблице Верховской).

Пример. Имеется препарат 82 Ве, дающий 10000 распадов в

мин. Сколько распадов в минуту будет давать этот препарат по

прошествии 90 часов? Период полураспада 82 Ве равен 36 ч. Сле-

довательно, t / T= 90 / 36 = 2,5. По таблице Веховской находим,

что отношение t / T = 2,5 соответствует К = 5,64. Следовательно,

число распадов в препарате за единицу времени уменьшилось в

5,64 раза. Таким образом, 10000: 5,64 = 1770 распадов в минуту

будет совершаться в препарате по истечении 90 ч.

Пример. Удельная активность препарата 131I = 81,4 кБк / мл

на 10 мая. Определить активность на 16 мая. Период полураспада

131I равен 8 дням. Следовательно, t / T = 6/8 = 0,75. По таблице

Верховской, соответственно, К = 1,68. Таким образом, Nt =

=81,4 / l,68 = 48,5 кБк / мл.

При пользовании таблицей t и Т необходимо выражать в од-

них и тех же единицах измерения (годы, дни и т.д.).

Задачи

1. Активность

Со на 1 марта равнялась 10 МБк. Требуется

определить активность его на 1 июня.

2. Активность

P на данный момент времени равна 5 кБк.

Какова будет активность его через 10 дней, 10 недель?

3. Исходная активность

Sr равняется 10 МБк. Какова будет

активность

Sr через 5 дней, 5 недель и 5 месяцев?

Лабораторная работа № 62 (4 часа)

Определение эффективности

радиометрической установки (эффективность счетчика)

Скорость счета радиоактивных распадов от препарата значи-

тельно меньше его истинной активности. Это связано со следую-

щими обстоятельствами:

1) не все частицы, вылетевшие из препарата, попадают в чув-

ствительный объем счетчика, т.к. излучение распространяется рав-

номерно во все стороны, а в счетчик попадает только часть излу-

чения. Для уменьшения этой погрешности площадь препарата

должна быть меньше площади рабочей поверхности счетчика и

расстояние между ними минимальным;