ния будет представлена горожанами. Такой прирост населения харак-

теризует состояние демографического взрыва.

Динамику роста народонаселения изучает наука демография. Её данные важны для национального и международного планирования. Демографические расчёты позволяют оценить возрастную структуру населения, причины изменения численности в прошлом и прогнозировать эти изменения в будущем. Демография доказала, что высокие темпы прироста населения в ХХ веке связаны со снижением смертности от эпидемий и голода, снижением детской смертности, увеличением продолжительности жизни, вызванные улучшением условий жизни, уровнем медицинского обслуживания и т.п. Наибольший прирост населения наблюдается в развивающихся странах, в то время как в странах с развитой экономикой часто смертность превышает рождаемость. Научно

населения в каждой семье должно быть двое детей. Процесс снижения

доказано, что чем выше уровень экономического развития государства, тем меньше детей рождается в семье. Для Истабилизации численности

снижение численности населения, получил название «депопуляция».

рождаемости в развитых странах ЕвропыД, в результате чего происходит

Рост городского населения (урбанизация) приводит к замедлению темпов прироста населения за счетАснижения рождаемости. Переход чис-

ленности населения от «примитивной» (высокая рождаемость и высокая смертность) стабильностибк «современной»(низкая смертность и низкая рождаемость) называется демографическим переходом.

Демографическийивзрыв приводит к дефициту продуктов пита-

ния и возникновен ю продовольственной проблемы, так как еще 200 лет назад Т. Мальтус доказал, что рост населения происходит по экспоненциальномуСзакону, а кол чество продуктов сельского хозяйства увеличивается в арифметической прогрессии. В настоящее время примерно треть населения Земли не может обеспечить себя продовольствием. Для обеспечения населения продуктами питания необходимо внедрение новых высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур (так называемая зелёная революция), с одной стороны, и регулирование темпов рождаемости, с другой стороны.

4.6. Сокращение биоразнообразия

Многообразие всего живого на Земле – от генов до экосистем – называется биологическим разнообразием биосферы. Биоразнообразие

биосферы включает видовое, генетическое и экосистемное разнообразие. Видовое разнообразие заключается в разнообразии видов, насе-

41

ляющих биосферу. Генетическое разнообразие заключается в разнообразии популяций, принадлежащих к одному виду, в зависимости от места обитания. Это внутривидовое различие особей, обусловленное их наследственной изменчивостью. Экосистемное разнообразие – это различия природных комплексов по масштабам, структурным и функциональным компонентам, средам обитания и экологическим процессам.

Сильнейшую угрозу для большинства диких видов в настоящее время представляет уничтожение, разделение и сужение ареалов их обитания. Человек в процессе преобразования окружающей его среды изменяет естественные экосистемы. Природная среда, преднамеренно или непреднамеренно изменяемая человеком, называется квазиприродной. Рост городов, строительство дорог, плотин, водохранилищ коренным образом изменяет среду обитания, нарушает существующие связи между видами. Животные, птицыИлишаются привычной среды обитания, уменьшаются площади территорий, где они добывают себе пищу. Антропогенная деятельностьДсопровождается шумом, изменением светового и теплового режима, что является фактором беспокойства и вынуждает животных и птиц покидать привычные места обитания. Все это приводитАк уменьшению численности видов, к исчезновению многих видов, которые не смогли приспособиться к изменившимся условиям.бСчитается, что ежедневно исчезает 1 вид. Разрываются трофические цепи, снижается общая биомасса экосистем. Все это ведётик сн жен ю устойчивости экосистем, к упрощению их структуры постепенной деградации. Нарушение среды обитания в результатеСпрямого ли косвенного воздействия человека приводит к сокращен ю б ологического разнообразия.

Вторая причина снижения численности видов и уменьшения биоразнообразия – чрезмерная добыча отдельных видов, перепромысел, браконьерство. Это является причиной снижения численности крупных млекопитающих: слонов, носорогов, тигров.

К сокращению численности и вымиранию отдельных видов также приводят интродукция (лат. introduction – введение, переселение особей) и акклиматизация (лат. ac – к, для, греч. κλiμά – климат) чуждых видов, прямое уничтожение с целью защиты продукции, случайное (непреднамеренное) уничтожение и,конечно, загрязнение окружающей среды.

Например, в результате строительства гидротехнических плотин в русле реки Волги полностью уничтожены нерестилища лососевых

42

рыб и сельди, площади распространения осетровых рыб сократились почти на 90% по сравнению с прежними.

В любом случае главной причиной сокращения видов в природных экосистемах и биосфере в целом является антропогенная деятельность, ведущая к снижению устойчивости естественных экосистем и в конечном счёте к их деградации.

Для сохранения видового разнообразия создана Красная книга, в которую внесены редкие, исчезающие или находящиеся под угрозой исчезновения виды животных и растений. Есть региональные (областные), национальные и международная Красная книга. Международная Красная книга составляется и издается Международным союзом охраны природы (МСОП) с 1963 года.

Цель работы: изучить состав почвы, соотношение в ней водо-

растворимых и нерастворимых в воде соединений.

Лабораторная работаИ№ 4 Анализ водной и солянокислойДвытяжки почвы

раствор соляной кислотыб(HCl),А0,1 Н раствор нитрата серебра (AgNO3), 20% растворихлор да ария (BaCl2), 4% раствор оксалата

Оборудование и материалы: 10% азотная кислота (HNO3), 10%

аммония ((NH ) C O ), 10%-ный раствор роданида калия (KCNS),

С4 2 2 4

красная кровяная соль (K3[Fe(CN)6]), колбы ёмкостью 250 см3 – 4 шт.,

фильтры, воронки – 2 шт., чашки фарфоровые – 2 шт., палочки стеклянные –1 шт., весы, фарфоровая ступка с пестиком, пробирки – 6 шт.

Ход работы

Опыт 1. Качественный анализ водной вытяжки почвы

Из каждого образца почвы отбирают методом квартования среднюю пробу, тщательно растирают пестиком в фарфоровой ступке. На весах берут навески почв по 10 г и переносят в колбы ёмкостью 250 см3, куда наливают с помощью цилиндра по 50 см3 дистиллированной воды. Колбы несколько раз взбалтывают. Содержимое отстаивают 5…10 мин и фильтруют по палочке через воронки с бумажными фильтрами в колбы ёмкостью по 100 см3. Фильтр должен плотно при-

43

легать к стенкам воронки и немного не доходить до её верхнего края. Фильтруемые растворы наливают в воронки с бумажными фильтрами порциями примерно чуть больше половины фильтров.

Колбы с оставшимися после фильтрований пробами почв используют

вдальнейшем для приготовления солянокислой вытяжки.

Вфильтрате проводят качественную оценку наличия хлоридов, сульфатов и ионов кальция. Результаты наблюдений заносят в табл. 2. Присутствие какого-либо иона обозначают знаком (+), а отсутствие – знаком (-).

отфильтрованной жидкости (фильтрата), добавить по 3…4 капли 10% азотной кислоты и по каплям добавлять 0,1 н. раствор нитрата серебра. При наличиихлоридов нитрат серебра реагирует сними посхеме:

NaCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3

Хлорид серебра выпадает в виде осадка. Реакция эта часто весьма чувствительна. Выпадение белого хлопьевидного осадка указывает на присутствие хлоридов в количестве десятых долей процента и более. При содержании хлоридов в количестве сотых долей процента осадок не выпадает, но наблюдается ясная опалесценция раствора. Появление слабой опалесценции указывает на незначительное присутствие в почве хлоридов (тысячные доли процента).

Определение сульфатов (SО42-)

С помощью цилиндра отмерить в две пробирки по 3 см3 каждой

44

отфильтрованной жидкости (фильтрата), добавить по 3…4 капли 10% соляной кислоты и по 2 см3 20% раствора хлорида бария. Растворы в пробирках медленно нагреть до кипения. При наличии сульфатов происходит реакция:

Na2SO4 + BaCl2 = 2 NaCl + BaSO4↓

Сульфат бария выпадает в виде белого мелкокристаллического осадка. Образование ясно видимого белого осадка свидетельствует о содержании сульфатов в количестве нескольких десятых долей процента и более. Сильная муть указывает на содержание сульфатов в количестве сотых долей процента. Слабая муть, заметная лишь на черном фоне, образуется при содержании сульфатов в количестве

тысячных долей процента.

С помощью цилиндра отмерить в две пробирки по 5 см3 каждой

отфильтрованной жидкости (фильтратаД), подкислить по 1…2 капли 10% соляной кислоты и добавить по 2 см3 4% раствора оксалата аммония. При наличии кальция протекает реакция:

CaCl2 + (NH4)2CА2O4 = 2NH4Cl + CaC2O4↓

Выпадающий белый осадок оксалата кальция свидетельствует о содержании кальция в количествебдесятых долей и единиц процента.

При содержании кальция в количестве сотых долей процента наблюдается не осадок, а легкоеипомутнение раствора.

Опыт 2.СКачественный анализ солянокислой вытяжки почвы

Остатки на ф льтрах от фильтрования водных вытяжек стеклянной палочкой переносят в колбы, где находились исходные навески. В колбы с пробами почв наливают по 50 см3 10% соляной кислоты. Содержимое колб несколько раз взбалтывают в течение 30 мин и затем отстаивают 5 мин. После этого фильтруют в колбы емкостью 100 см3.

В солянокислую почвенную вытяжку переходят подвижные формы железа. В почвенном растворе железо находится в форме свободных ионов и в составе комплексов с органическими и неорганическими (OH-, F-, Сl2-, CO32-, HPO42-) ионами. Присутствие в растворе фульвокислот ведет к повышению концентрации железа на порядок и выше. В кислых почвах с избыточным увлажнением в составе подвижных соединений преобладает Fe2+, оказывающее токсичное действие на растения (нарушаются окислительно-восстановительные процессы и кислородный обмен).

45

Концентрация железа в почвенном растворе зависит от процессов осаждения и растворения Fe(OH)3. Коллоиды Fe(OH)3 выпадают в осадок при изменении рН, содержания органического вещества и минеральных солей.

Определение ионов железа (Fe2+, Fe3+)

Для определения ионов Fe2+ в две пробирки налить по 2 см3 фильтратов, добавить по 1…2 капли раствора красной кровяной соли.

Появляющееся синеватое окрашивание указывает на присутствие соединений Fe2+.

Для определения ионов Fe3+ в две пробирки налить по 2 см3 фильтратов, добавить по 4…5 капель 10% раствора роданида калия.

При наличии ионов Fe3+ раствор окрашивается в красный цвет. По интенсивности окрашивания судят об их количестве.

Определение сульфатов (SO42-) и ионов кальция (Ca2+)

Каждую пробу отбирают в 2 пробирки по 5 см3 фильтрата и

ДИ2- 2+

производят качественное определение ионов SO4 и Ca , как это было описано в опыте 1. Результаты наблюдений занести в табл. 2.

Сделать вывод о наличии в образце почвы растворимых и нерастворимых в воде соединений. Предположить причину повышенно-

4. Что такое ПДКП? Какие разновидности этого норматива вы знаете? 5. Какие мероприятия по охране почв необходимо выполнять при строительстве автодорог, промышленных и гражданских зданий?

46

Лабораторная работа № 5

Определение загрязняющих веществ в почве

Цель работы: выявить наиболее распространенные и опасные загрязняющие почву вещества.

Оборудование и материалы: весы аналитические, фильтрационная колонка высотой 12 – 15 см, конические колбы объёмом 150 и 250 см3, химический стакан объёмом 50 см3, фарфоровая чашка, водяная баня, сушильный шкаф, мерный цилиндр объёмом 10 см3, н- гексан (х.ч.), хлороформ (х.ч.), оксид алюминия (безводный, ч. акти-

Пробу сухой почвы массой 30 … 100 г высушить до постоянной массы. Экстракцию нефтепродуктов из почвы проводить в вытяж-

ном шкафу! Навеску почвы перенести в колбу, добавить хлороформ до влажного состояния почвы. Провести экстракцию хлороформом, добавляя 10 … 15 см3 хлороформа к навеске почвы и перемешивая

Для очистки экстракта подготовить фильтрационную колонку, в нижней части которой помещен слой стеклянной ваты толщиной 1 см, насыпан слой оксида алюминия высотой 2…8 см, сверху также прикрытый слоем стеклянной ваты. Колонка должна быть закреплена в штативе. Перед очисткой экстракта в колонку добавить 3 … 5 см гексана. Внизу колонки подставить стеклянный стакан объёмом 50 см3, вес которого предварительно определен на аналитических весах.

Оставшийся в фарфоровой чашке после выпаривания хлороформа осадок растворить в 5 … 10 см3 гексана и перенести в фильтрационную колонку. Чашку ополоснуть три раза порциями гексана по 2 см3, их тоже перенести в колонку. После завершения фильтрования промыть колонку 2 … 3 порциями гексана объёмом по 2 … 3 см3 каждая. Оставить стакан с собранным фильтратом для испарения гексана, растворитель

47

испаряется при комнатной температуре. После полного удаления гексана следует взвесить стакан. Через некоторое время повторить взвешивание. Если масса стакана не изменяется, анализ закончен.

Содержание нефтепродуктов (Х, мг/кг почвы) вычисляют по уравнению

XA 1000,

B

где А – найденное по разности результатов взвешивания стаканчика после и до опыта количество нефтепродуктов, мг; В – навеска почвы, г.

Из-за отсутствия установленных ПДК при загрязнении почв нефтью и нефтепродуктами оценка загрязнения проводится путем

1.Назовите и дайте краткуюАхарактеристикуДИантропогенно-техни- ческих воздействий, способныхбвызвать ухудшение качества почв.

2.Какими причинами может ыть вызвано химическое загрязнение почв? и

3.Охарактеризуйте почвенные процессы, вызванные загрязнением почвы нефтьюСи нефтепродуктами.

4.Каковы эколог ческ е последствия при загрязнении почвы нефтью и нефтепродуктами?

5.Какие требования предъявляют к контролю загрязнения почв?

6.Как нормируются загрязняющие вещества в почве?

Лабораторная работа № 6

Анализ качества водопроводной воды на соответствие нормативным показателям

Цель работы: изучить нормативные показатели, определяющие качествоводы для питьевогоихозяйственно-бытовоговодопользования.

48

Оборудование и материалы: бюксы стеклянные с притертыми крышками объёмом 5 … 10 см3, конические колбы объёмом 250 см3, мерные цилиндры объёмом 25 и 100 см3, бюретки на 25 см3, 0,1 Н раствор хлороводородной кислоты HCl, 0,05 Н раствор трилона Б, аммиачный буферный раствор с рН = 9 … 10, индикаторы метиловый оранжевый и хромоген чёрный, стандартная шкала для определения цветности воды, универсальная индикаторная бумага.

Опыт 1. Определение запаха воды

В бюкс с притертой крышкой налить исследуемую воду (2/3 объёма) и сильно встряхнуть в закрытом состоянии. Затем открыть крышку и сразу же отметить характер и интенсивность запаха. Качественная оценка заключается в описании характера запаха: хлорный, землистый, болотный, лекарственный, нефтяной, гнилостный и т.п.

Количественная оценка производится в соответствии с табл. 3.

При определении запаха в лаборатории не должно быть ощутимых запахов, руки и одежда определяющего не должны пахнуть. Одному и тому же лицу нельзя производить определение запаха длительное время, так как наступает привыкание и утомляемость.

Опыт 2. Определение кислотности воды

Кислотность (рН) – один из наиболее важных показателей при химическом анализе воды. В природных водах кислотность обычно зависит от соотношения концентрации различных форм угольной кислоты, от присутствия органических кислот и солей, подвергающихся гидролизу (разложению солей под действием воды).

49

Полоску индикаторной бумаги опустить в исследуемую воду и сразу же сравнить со шкалой бумажного универсального индикатора. Значение рН воды принимается равным тому значению шкалы, с которой совпадает цвет полоски бумажного индикатора.

Опыт 3. Определение цветности воды

Цветность природных вод обусловлена наличием в ней солей железа. Повышенной цветностью обладает вода рек, имеющих болотный тип питания (реки северных областей). Оценивают цветность в градусах. Определение цвета производят только в прозрачной воде. Если вода непрозрачная, её фильтруют.

Исследуемую воду наливают в цилиндр такого же объёма, как и

цилиндры со стандартной шкалой цветности. Цвет исследуемой воды сравнивают со стандартными растворами,Ирассматривая их сверху.

Шкала имеет шаг 5 о (5, 10, 15, 20, 25 и 30 о).

Опыт 4. Определение временнойДжёсткости воды

Природная вода в своем составе содержит соли кальция и магния. Содержание солей этих металлов, выраженное в моль эквивалента на 1 дм3 воды, называется жёсткостью воды. В зависимости от содержания ионов кальция и магния различают следующие группы воды:

Различают временную и постоянную жёсткость воды. Временная (карбонатная) жёсткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция Ca(HCO3)2 и магния Mg(HCO3)2. Этот вид жёсткости легко устраняется кипячением воды. Постоянная жёсткость обусловлена присутствием в воде хлоридов и сульфатов кальция и магния (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Временная жёсткость определяется методом кислотноосновного титрования растворов хлороводородной кислоты. При этом в растворе происходит следующая химическая реакция:

Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2 + 2H2O

Для определения момента окончания титрования в раствор добавляют индикатор метиловый оранжевый. В воде индикатор окра-

50

шен в жёлтый цвет. Пока в воде присутствуют гидрокарбонаты, хлороводородная кислота расходуется на реакцию с ними. В тот момент, как все гидрокарбонаты вступят в реакцию, первая лишняя капля кислоты изменит окраску индикатора в оранжевый цвет. В этот момент следует прекратить добавление кислоты в воду. Если кислоты добавить слишком много (перетитровать раствор), индикатор изменит окраску в розовый цвет.

Работа выполняется следующим образом. В чистую коническую колбу объёмом 250 см3 налить с помощью мерного цилиндра 100 см3 исследуемой природной воды. К содержимому колбы добавить 3 … 5 капель индикатора метилового оранжевого. В чистую стеклянную бюретку объёмом 25 см3 налить 0,1 Н раствор хлороводородной ки-

слоты (HCl) до нулевой отметки, при этом носик бюретки должен

ностью до десятых долей миллилитра. ОпытИповторить. Результаты параллельных определений не должны отличаться больше, чем на

быть полностью заполнен раствором кислоты. По каплям добавлять

кислоту в колбу с водой, постоянно перемешивая раствор. После того,

как цвет раствора изменится на оранжевый, титрование прекратить.

Отметить объём раствора кислоты, затраченный на титрование, с точ-

Опыт 5. Определение общей жёсткости

Общая жёсткость определяется суммарным содержанием гидрокарбонатов, хлоридов и сульфатов кальция и магния. Для её определения используют метод комплексонометрического титрования. Реакция проводится в щелочной среде, которую создают добавлением аммиачного буферного раствора. В колбу с водой и буферным раствором добавляют индикатор хромоген чёрный, который образует с

51

ионами кальция и магния неустойчивый комплекс, окрашенный в си-

реневый цвет.

Ca2+ + Na2X → CaX + 2Na+,

где Na2X – хромоген чёрный;

CaX – неустойчивый комплекс индикатора с ионами кальция.

После добавления к раствору по каплям раствора трилона Б (этилендиаминтетраацетат натрия) происходит химическая реакция, в ходе которой трилон Б вытесняет индикатор, образуя с ионами кальция и магния бесцветный устойчивый комплекс.

CaX + Na2R → CaR + Na2X,

где Na2R – трилон Б;

CaR – бесцветный устойчивый комплекс трилона Б с ионами кальция. После того, как весь неустойчивый комплекс индикатора с ионами кальция и магния будет разрушен, раствор изменитИокраску на светло-

синюю. Это указывает на необходимость прекратить титрование.

колбу объёмом 250 см3 с помощью мерного цилиндра наливают 100 см3

исследуемой воды, добавляют к ней 5 см3 аммиачного буферного рас-

Работу выполняют следующимДобразом. В чистую коническую

ретки был полностью заполненАраствором. Затем по каплям прибавляют раствор трилонаиБ з юретки в колбу до изменения окраски из

твора, 7 … 9 капель индикатора хромогена чёрного. Смесь хорошо

перемешивают. В чистую бюретку наливают 0,05 Н раствор трилона Б до нулевой отметкиб, о ращая внимание на то, чтобы носик бю-

сиреневой в синюю. После этого прекращают добавление раствора трилона Б, отмечаютСобъём раствора, израсходованный на титрова-

ние. Опыт повторяют, при этом результаты параллельных определе-

ний не должны отличаться больше чем на 0,2 см3. Если расхождение в

параллельных опытах получилось больше, выполняют еще несколько повторных опытов до тех пор, пока не получатся удовлетворительные результаты. Расчет общей жёсткости производят по формуле

где VТР – средний объём раствора трилона Б, израсходованный на титрование, см3; СТР – концентрация трилона Б, моль/дм3;

VH2O – объём воды, взятый для анализа, см3.

Постоянную жёсткость вычисляют по разности между величиной общей и временной жёсткости:

52