Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 1.83 Mb.
|
Гидрометрическое обследование реки Цны у г.Котовска Коломейцева Н. Н., 4 курс института естествознания ТГУ имени Г.Р.Державина, руководитель: Дубровин О.И., к.г.н., доцент Гидрологические исследования рек, больших и малых, актуальны во все времена. С помощью полученных данных можно рассчитать количество воды, которое возможно использовать для сельскохозяйственных, бытовых, промышленных и иных нужд. Знание режима реки также необходимо при сооружении в её долине зданий, дорог, линий электропередачи, дамб, прудов, водохранилищ и других объектов. Летом 2009 года нами проведено гидрометрическое обследование реки Цны в районе г. Котовска на трёх створах. Первый створ мы расположили выше г. Котовска, а также выше впадения р. Лесной Тамбов около с. Кузьмина Гать. Второй створ находился также выше г. Котовска, но ниже впадения в Цну реки Лесной Тамбов. Третий створ мы расположили в 1 км ниже по течению от г. Котовска. Для проведения гидрометрического обследования реки Цны мы использовали методики из «Практикума по общему землеведению» К.В. Пашканга. Для измерения глубины реки мы использовали ручной лот, который представляет собой размеченную веревку с грузом. По линии створа мы натянули веревку, размеченную на метры. Веревку закрепили кольями на противоположных берегах реки. Промеры производили с лодки вдоль веревки. Одновременно с измерением глубин мы измеряли температуру, прозрачность, цвет воды. Данные записывали в протокол. Температуру воды на поверхности мы определяли водным термометром, температуру воздуха с помощью обыкновенного термометра. Определение прозрачности воды мы производили с помощью диска Секки, Диск медленно опускали с лодки на размеченной капроновой нити с теневой стороны лодки и в момент, когда диск становился невидимым, отмечали глубину его погружения по делениям на лотлине. Цвет и запах воды мы определяли органолептическим методом. Скорость течения реки мы измеряли с помощью поплавков. Поплавки мы пускали с лодки, засекая время прохождения поплавком строго определенного расстояния. Для определения скорости путь поплавка делили на время его движения. Среднюю скорость на скоростной вертикали мы определяли по формуле:  ,где υmax – скорость, измеренная на скоростной вертикали, K – коэффициент перехода от максимальной скорости к средней (из таб. 33 «Практикума по общему землеведению» К.В. Пашканга) Среднюю скорость между скоростными вертикалями мы вычисляли по формуле:  ,где υ1 – средняя скорость на первой скоростной вертикали, υ2 – средняя скорость на второй скоростной вертикали. Среднюю скорость между урезом воды левого берега и первой скоростной вертикалью и между последней скоростной вертикалью и урезом воды правого берега мы вычисляли по формуле:  ,где υn – средняя скорость на первой (или на последней, соответственно) скоростной вертикали. Для вычисления площади поперечного сечения мы строили поперечный профиль реки (рис. 1 – 3). Промерными вертикалями профиль разбивается на части. Площади образовавшихся треугольников и трапеций мы вычисляли и затем суммировали. Расход воды мы вычисляли по формуле:  ,где S - площадь поперечного сечения, υcp - средняя скорость течения реки. Полный расход воды в реке равен сумме расходов между скоростными вертикалями. Обследование первого створа мы проводили 24 августа 2009 г. На этом участке река имеет ширину 20 м, глубину более 2 м, среднюю скорость течения 0,123 м/с и расход воды 3,95 куб м/с. Температура воды 19 градусов, температура воздуха 20 градусов. Вода реки достаточно чистая, прозрачная на всю глубину, бесцветная, имела очень слабый травянистый запах, следов нефтепродуктов, пены мусора не было.  Рис. 1. Поперечный профиль р. Цны на первом створе Обследование второго створа мы проводили 24 августа 2009 г. На этом участке река имеет ширину 25 м, глубину более 3 м, среднюю скорость течения 0,123 м/с и расход воды 6,81 куб м/с. Температура воды 19 градусов, температура воздуха 20 градусов. Вода реки прозрачная на 60 см, слегка мутная, зеленоватая, имеет заметный слегка гнилостный запах, следов нефтепродуктов, пены мусора не было.  Рис. 2. Поперечный профиль р. Цны на втором створе Обследование третьего створа мы проводили 25 августа 2009 г. На этом участке река имеет ширину 52 м, глубину более 6 м, среднюю скорость течения 0,038 м/с и расход воды 7,26 куб м/с. Температура воды 19 градусов, температура воздуха 18 градусов. Вода прозрачная на 50 см, слегка мутная зеленоватая, имеет очень слабый травянистый запах, следов нефтепродуктов и пены нет, иногда встречается мусор.  Рис. 3. Поперечный профиль р. Цны на треть Геоботаническое описание нижнего течения реки Кашмы Олейников А. А., 3 курс института естествознания ТГУ имени Г. Р. Державина, руководитель: Буковский М.Е., к.г.н., ст. преподаватель Исследование экологического состояния малых и средних рек преобретает в настоящее время всё большую актуальность. В течение летнего полевого сезона 2009 года нами проведена серия исследований по оценке экологического состояния реки Кашмы. Началом этих работ послужило составление геоботанического описания района исследований. Река Кашма — правый приток Цны. Начинается в глубоких трапециевидных балках юго-восточнее с. Оснно-Гай на высоте около 200 метров над уровнем моря (западные склоны Керенско-Чембарской возвышенности). Далее Кашма течет на северо-запад по Пичаевскому и Моршанскому районам и впадает в реку Цну ниже города Моршанска. Длина реки 111 км, площадь водосбора 2 440 км2, уклон русла 0,1‰. Скорость течения воды 0,2—0,4 м/с. Принимая притоки, река становится многоводнее, средний расход у устья составляет до 5 м3/с воды. Глубины также нарастают вниз по течению с 0,5 м до 2—3 м. Колебания уровня в течение года у села Марусино достигают 3 метров. Ниже с. Байловка река течет через Цнинский лес. Долина реки глубокая в верховье до 40 - 50 метров, имеет крутой правый склон, вдоль левого уже у с. Б. Шереметьево появляются террасы. В нижнем течении борта долины снижаются до 140 метров над уровнем моря. Отметка устья реки – 100 метров над уровнем моря. Первый створ мы расположили в 50 метрах выше по течению от повесного пешеходного моста, соединяющего села Марусино и Польза. Ширина реки в этом месте составляет 5 метров, максимальная глубина 1,4 м., Средняя скорость течения реки составляет 0,25 м/с. Русло прямое. Дно песчаное, имеются немногочисленные родники. Вода прозрачна на всю глубину, температура воды +18ºC. Вода имеет землистый запах, интенсивность 2 балла. Правый берег представляет собой склон умеренной крутизны с луговым черноземом с нарушенным травяным покровом. Левый берег также склон умеренной крутизны с луговым черноземом и с ненарушенным травяным покровом. Пойма правобережная залуженная, нами выявлено вытаптывание травяного покрова, что является нарушением режима водоохраной зоны. Пойма левобережная также залуженная. Второй створ мы расположили в 50 метрах выше по течению от деревянного моста на грунтовой дороге, ведущей из Моршанска до села Елизавето-Михайловка. Ширина реки в этом месте 5 метров, максимальная глубина – 2,1 м. Средняя скорость течения реки составляет 0,23 м/с. Вода прозрачна на всю глубину, температура = +18°С. Русло здесь прямое. Дно реки песчаное, на дне имеются родники. Запах у воды слабый травянистый, интенсивность 1 балл. Правый берег представляет собой крутой склон с песчаным грунтом и нарушенным травяным покровом. Левый берег представляет собой крутой склон с супесчаным грунтом и нарушенным травяным покровом. Мы выявили здесь вытаптывание травяного покрова, а также кострища, что является нарушением водоохраной зоны. Растительность реки на двух исследуемых створах в целом повторяет друг друга. Древесная растительность представлена ивой прутьевидной (Salix viminalis), вязом граболистным (Ulmus carpinifolia). Травяная растительность представлена следующими семействами: бобовые (Клевер ползучий (Trifolium repens), Клевер розовый (Trifolium hybridum)), гречишные (Горец птичий (Polygonum aviculare)), губоцветные (Черноголовка обыкновенная (Prunella vulgaris)), злаки (Полевица тонкая (Agrostis tenuis), Пырей ползучий (Elytrigia repens), Мятлик однолетний (Poa annua)), зонтичные (Сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria)), крапивные (Крапива двудомная (Urtica dioica)), лютиковые (Лютик ползучий (Ranunculus repens)), подорожниковые (Подорожник большой (Plantago major)), розоцветные (Лапчатка гусиная (Potentilla anserina)), сложноцветные (Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale), Ромашка лекарственная (Matricaria recutita), Полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris), Череда трехраздельная (Bidens tripartite), Пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare), Лопух малый (Arctium minus), Тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium), Цикорий обыкновенный (Cichorium intybus)). Однако есть и различия в видовом составе флоры при перемещении от первого створа ко второму. Так только на первом створе мы встретили среди древесной растительности иву козью (Salix caprea). Среди травянистой растительности нам встретились растения следующих семейств: бобовые (Клевер луговой (Trifolium pretense), Клевер равнинный (Trifolium campestre), Горошек мышиный (Vicia cracca)), вьюнковые (Вьюнок полевой (Convolvulus arvensis)), гвоздичные (Гвоздика травянка (Dianthus deltoides)). Ежеголовниковые (Ежеголовник простой (Sparganium emersum)), злаки (Луговик дернистый (Deschampsia cespitosa), Лисохвост луговой (Alopecurus pratensis), Бор развесистый (Milium effusum), Костер мягкий (Bromus mollis), Овсяница луговая (Festuca pratensis)), коноплевые (Хмель обыкновенный (Humulus lupulus)), норичниковые (Вероника дубравная (Veronica chamaedrys)), первоцветные (Вербенник монетчатый (Lysimachia nummularia)), сложноцветные (Бодяк полевой (розовый), Полынь равнинная (Artemisia campestris), Осот полевой (Sonchus arvensis), Полынь горькая (Artemisia absinthium)), частуховые (Частуха подорожниковая (Alisma plantago-aquatica), Стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia)). Исключительно в районе второго створа мы обнаружили среди древесной растительности клен американский (Acer negundo). Среди травостоя были обнаружены растения следующих семейств: гречишные (Горец почечуйный (Polygonum persicaria), Щавель конский (Rumex confertus)), губоцветные (Пустырник обыкновенный (Leonurus cardiaca)), злаки (Костер бесплодный (Bromus sterilis)), крестоцветные (Пастушья сумка (Capsella), Сурепка обыкновенная (Barbarea vulgaris)), пасленовые (Паслен сладко-горький (Solanum dulcamara)), подорожниковые (Подорожник ланцетолистный (Plantago lanceolata)). Нанохимия – прямой путь к высоким технологиям нового века Семилетов А., 3 курс, институт естествознания ТГУ им. Г.Р. Державина, руководитель - Л.Е. Цыганкова, д.х.н., профессор Нанохимия — наука о «наномире» Конец XX века химия отметила замечательным результатом: она вышла на предельный рубеж — детектирование единичной молекулы, ее физического и химического поведения. В результате появилась новая область химии — химия одиночных молекул. Молекула приобрела индивидуальность, стала «личностью». Эта новая область четко определила верхнюю границу другой области химии, называемой нанохимией, предметом изучения которой являются малые ансамбли молекул (или атомов) с числом частиц, превосходящим единицу. Мир нанохимии — это огромный мир, простирающийся от индивидуальных молекул до систем, составляющих фазу. В наночастицах действуют межмолекулярные взаимодействия, лишающие молекулу индивидуальности; свойства и поведение молекул в ансамблях другие, чем у индивидуальных молекул. Главная, фундаментальная проблема нанохимии вокруг которой обращаются все интересы исследователей размерные эффекты. Это интригующие вопросы: как свойства индивидуальных молекул при их объединении эволюционируют в свойства фазы; как строятся мосты между миром единичной, индивидуальной молекулы и макроскопическим миром вещества. Методы квантовой химии и молекулярной динамики успешно отвечают лишь на частные вопросы, они способны почти все объяснить, но не способны надежно предсказать, а настоящая наука начинается лишь тогда, когда она способна предвидеть. Нижняя граница нанохимии (с примыкающей к ней коллоидной химией, и химией высокодисперсных систем) довольно зыбкая и определяется здравым смыслом; он апеллирует к двум важным факторам: во-первых, к соотношению понятий «наночастица» и «нанореактор» и, во-вторых, к тому, насколько велики потери индивидуальных свойств наночастиц при формировании из них материалов или коллоидных систем, насколько они теряют себя как «химические личности». Структурно-химические контуры нанохимии Простейшие нанореакторы, в которых реагенты пространственно организованы, — ван-дер-ваальсовы молекулы, т.е. слабосвязанные комплексы атомов, радикалов, ионов, молекул; в них партнеры удерживаются межмолекулярными невалентными взаимодействиями. Ван-дер-ваальсовы молекулы наблюдали в сверхзвуковых молекулярных пучках и исследовали методами лазерной и микроволновой спектроскопии и масс-спектрометрии. Известно огромное число таких молекул: Не2, (Н2)2, С6Н6*СН4, C2H4*Ar, HCI*Xe, CaMg. Для большинства из них определены симметрия и геометрия (углы и длины связей), дипольные моменты, вращательные и колебательные частоты, времена жизни и энергии диссоциации, магнитные восприимчивости и энергии ионизации (потенциалы ионизации). Возникает вопрос: почему же ван-дер-ваальсовы молекулы так интересуют химиков и физиков? Во-первых, они — надежный источник атом-атомных потенциалов; благодаря им, межатомные потенциалы приобрели спектроскопическую точность и широко вошли как ключевые параметры и расчеты химической и молекулярной динамики. Во-вторых, ван-дер-ваальсовы молекулы ответственны за макросвойства газов (PVT-диаграммы, вязкость); они индуцируют конденсацию, кристаллизацию и другие фазовые переходы; определяют критические точки веществ. Постоянно растет интерес к комплексам атомов металлов с малыми молекулами (H2, СО, СН4, C2H4 , N2 и т.д.); уже изучено большое число таких комплексов: Al·N2, Са+·N2 , Hg·N2, Cr+ ·N2 и др. Помимо ван-дер-ваальсовых молекул, существует огромное число других нанореакторов разной природы, масштаба и молекулярного порядка: комплексы; кристаллосольваты; наногидраты (например, метана). В нанореакторах изменяется молекулярная динамика реагентов, механизмы и скорости химических превращений, обнаруживаются многие другие аномалии.  Область нанохимии, которая имеет целью создание замкнутых или полузамкнутых нано и микрореакторов, бурно развивается. Разработаны методы получения полимеров, в которых 75% объема заняты монодисперсными пустыми сферами; диаметр этих сфер регулируется в пределах от 10 до 103 нм. Созданы молекулярные «вазы» — каликсарены, способные обратимо «пленять» молекулы-гостей и выпускать их па свободу (в зависимости от растворителя, рН раствора и структуры калпкеарепа); синтезированы молекулярные ловушки карсеплексы, которые способны захватывать молекулы подобно некоторым хищным цветам, ловящим насекомых. Все эти структуры принадлежат к классу молекулярных контейнеров, способных пленять заданные молекулы и при смене условий освобождать их.Созданы «пустые» трубчатые силиконовые волокна — одномерные нанореакторы или нанотрубчатые силиконовые волокна готовые к разнообразным применениям — в качестве нанореакторов или наноконтейнеров. Диаметр таких волокон на порядок больше, чем у углеродных нанотруб он определяется диаметром углеродного волокна. Не ослабевает интерес и к таким давно известным нано-реакторам, как мицеллы, которые так же широко используются как нанореакторы или наноконтейнеры. Недавно синтезированы новые оригинальные квазидвумерные нанореакторы — жесткие графитоподобные плоскости, соединенные гибкоцепными мостиками («колоннами») из углеродных цепочек. Расстояния между графитоподобными плоскостями в таких реакторах можно варьировать, изменяя число атомов в «колонне» (например, C10, C16), а расстояния между «колоннами» — меняя число колонн (так называемую густоту колоночного «леса»). Такая система подобна «гармошке», а ее обратимое сжатие-растяжение имитирует мускульное сокращение. Она может рассматриваться как идеально обратимая мехнанохимическая молекулярная машина. Ее можно использовать как нанореактор, нагружая катализаторами и проводя каталитические реакции; она может также служить многофункциональным и обратимо работающим молекулярным контейнером. Первая система такого-типа была получена на основе 1,10-деканди-фосфонатного производного γ-цирконийфосфата. Наночастица и нанореактор С каждым годом нанохимия становится все более структурированной наукой, в которой четко определяются понятия и формируется терминология — язык. В связи с этим есть необходимость определить два ключевых понятия — наночастица и нанореактор: первое характеризует размерный параметр, второе определяет функцию наночастицы. Так, кластер железа почти полностью теряет свои специфические свойства (энергия ионизации, магнетизм) и приближается к металлическому железу при числе атомов в кластере п = 15. При п > 15 он остается кластером в размерном смысле, но теряет качества «нанореактора», в котором свойства становятся функцией размера. В кластерах, где молекула а-нафтола окружена п молекулами воды, при n < 20 кластер проявляет себя как нанореактор; в нем свойства зависят от размера. При п > 20 эта зависимость исчезает, и кластер ведет себя как макроскопический водный «реактор», в котором реагент локализован, но химических аномалий не обнаруживает. Так, при п > 20 происходит кислотная диссоциация а-нафтола и перенос протона к молекулам воды. Нанопустоты в различных пористых материалах можно считать нанореакторами до тех пор, пока свойства заключенных в них реагентов, их строение и свойства реагирующих систем зависят от размера пустот. Когда эти зависимости исчезают, нанопустоты становятся лишь наноразмерными контейнерами, в которых плененные частицы ведут себя так же, как если бы они были в неограниченном объеме. Нетождественность понятий наночастица и нанореактор далеко не всегда очевидна; разграничение их часто невозможно. Но они важны, чтобы ясно осознавать две стороны размерного эффекта — как чисто масштабного, пространственного, и как физико-химического явления, когда от размера__зависят свойства плененных атомов и молекул. Именно эта, вторая сторона — самая привлекательная в нанохимии. Нанокластеры, нанопроволоки, нанотрубы — три ключевых объекта нанотехнологий Разнообразие нанообъектов, которые изучает нанохимия, огромно; так же разнообразна и химия этих нанообъектов. К таким объектам, которые сегодня составляют реальную перспективу в высоких технологиях нового века относятся трехмерные кластеры, квазиодномерные кластеры (нанопровода) и нанотрубы. Именно они способны обеспечить предельную, почти молекулярную миниатюризацию диодов, транзисторов и других элементов наноэлектроники, наномеханики, нанофизики. Кластер как нанореактор Многообразие нанокластеров бесконечно, и потому они неисчерпаемы. Кластеры бывают нейтральными (атомными и молекулярными) и заряженными (ионными и ионно-молекулярными). Они получаются и исследуются в газах (например, в расширяющихся сверхзвуковых атомно-молекулярных пучках), в каналах цеолитов, в жидкостях (включая жидкий гелий), на твердых поверхностях, в твердых матрицах и т.д. Огромно значение кластеров в химическом материаловедении (кластерные материалы с необычной физикой и механикой), химическом анализе и диагностике (детекторы и сенсоры). Кластеры - сравнительно новые объекты химии; они являются предметом изучения элементо- и металлоорганической химии, а также химической физики (атомные и молекулярные кластеры). Огромна их роль в процессах конденсации, испарения, кристаллизации; они являются предшественниками новой фазы («протофаза»). Однако наибольший интерес связан с химией этих частиц, их реакционной способностью, каталитическим «потенциалом» и прямым использованием в науке о материалах. Кластерная химия — вся в будущем. Распространенность и, следовательно, значимость кластеров может оказаться даже больше, чем представляется сейчас. Недавно было экспериментально обнаружено (методами рассеяния холодных нейтронов), что жидкий аммиак состоит из кластеров (NH3)7, в которых одна молекула находится в центре, остальные — на периферии. Хорошо известна кластерная структура жидкой воды: молекулы воды объединяются в гекса-, пента- и тетрамеры с образованием близких по энергии структур типа призмы, клетки, «раскрытой книги», а также додекаэдров и других крупных кластеров. Даже растворы этанола в воде неоднородны; они состоят из сосуществующих кластеров воды и спирта, причем при содержании спирта в воде около 40% доли кластеров воды и спирта выравниваются. Возможно именно с этим обстоятельством связаны особые качества этого водно-спиртовою раствора. Обнаружено, что жидкий бензол также имеет кластерное строение. Похоже, что это — общее явление, и тогда все жидкофазные реакции следует трактовать как реакции в нанореакторах. Более того, сама химическая реакция может стимулировать организацию молекул в нанореакторы. Кластеры в катализе Значение кластерных материалов в катализе осознано давно, и эта область продолжает активно развиваться. Однако технологические возможности кластерного катализа сильно превосходят достигнутое. Есть два главных обстоятельства, с которыми связывают технологические перспективы кластерного катализа: высокая поверхность катализаторов (за этим стоит производительность) и размерные эффекты, которые проявляются в свойствах кластеров как нанореакторов (за этим стоит селективность и возможность «настраивания» кластера на заданную реакцию). А поскольку, как уже говорилось ранее, общее решение «размерной» проблемы неизвестно, кластеры по-прежнему остаются загадочными объектами. Их путь в катализ начинается с тестирования их реакционной способности в модельных экспериментах. |
