Інформація для викладачів
Опис
У цьому експерименті показано вплив різних умов навколишнього середовища на електропровідність і, таким чином, на рівень солоності проточної води.
Представлені вимірювання були проведені вздовж річки Бодебах за 15 км на північний захід від Геттінгена. Привабливість цієї серії вимірювань посилюється тим фактом, що Бодебах протікає вздовж калійної шахти, яку було закрито 1969 році, і з відвалу (звалища) якої солі продовжують потрапляти у річкову воду. Калійна шахта використовувалася для видобутку калійних мінеральних добрив.
Додаткова інформація для викладачів (1/8)
Попередні знання
Вимірювання слід проводити вздовж водотоку. Для того, щоб отримати максимально точні результати, в околицях водотоку мають бути зроблені виміри в різних місцях, які що можуть впливати на солоність, наприклад, поряд із населеними пунктами, фабриками, сільськогосподарськими підприємствами, териконами.
Принцип
Якщо виміряти концентрацію солі вздовж річки або струмка, можна визначити, які зовнішні фактори впливають на солоність водойми.
Додаткова інформація для викладачів (2/8)
Мета навчання
Студенти мають усвідомити, що на солоність води у водоймі можуть впливати різні зовнішні чинники і, таким чином, також суттєво змінюватись всередині водойми.
Завдання
Студенти і учні мають виміряти електропровідність водотоку в різних точках за допомогою датчика Cobra SMARTsense - Електропровідність (Cobra SMARTsense Conductivity) та інтерпретувати виміряні значення.
Додаткова інформація для викладачів (3/8)
Інтерпретація результатів
- Сільськогосподарська діяльність може призвести до збільшення вмісту солі.
- Концентрація солі поступово зменшується при протіканні через незаселені території (за рахунок притоку води з підземних вод).
- Каналізаційні очисні споруди зазвичай не сприяють зниженню концентрації солей.
- Підприємства та фермерські господарства (наприклад, калійні терикони, рис. 1 і 2) можуть мати значний вплив на концентрацію солей (рис. 1: Поперечний переріз через калійний відвал, рис. 2: Грудки солі в калійному териконі).
_1_
_2_
Додаткова інформація для викладачів (4/8)
Результати з річки Боденбаха (1/3)
- На рисунку праворуч показано географічне розташування точок вимірювання за допомогою карти Google Планета Земля.
- Різні значення електропровідності чітко видно, що в основному пов'язано з впливом географічних характеристик.
Електропровідність проб води вздовж річки Боденбах біля Геттінгена
Додаткова інформація для викладачів (5/8)
Результати з річки Боденбаха (2/3)
- У таблиці праворуч показано значення електропровідності проб проточної води вздовж Родебаха і в районі гирла річки Ляйне.
| Точка вимірювання | Відстань | Координати | Провідність |
| [км] | [мкСм/см] | ||
| В'їзд до Біллінгсгаузена | 0 | 51°35'43.86''С.Ш., 10°1'37.50''В.Д. | 760 |
| Виїзд із Біллінгсгаузена | 1,4 | 51°36'16.66''С.Ш., 10°0'50.10''В.Д. | 1540 |
| Перед калійним звалищем | 2,7 | 51°36'45.25''С.Ш., 10°0'0.75''В.Д. | 1150 |
| Після калійного звалища | 3,1 | 51°36'50.28''С.Ш., 9°59'39.17''В.Д. | 3160 |
| Виїзд з Райерсгаузена | 3,6 | 51°36'51.71''С.Ш., 9°59'5.44''В.Д. | 2520 |
| Перед очисними спорудами | 4,8 | 51°37'5.88''С.Ш., 9°58'5.04''В.Д. | 2400 |
| За станцією очищення стічних вод | 5,1 | 51°37'9.02''С.Ш., 9°57'51.36''В.Д. | 2360 |
| Точка вимірювання 6.2 км | 6,2 | 51°37'16.44''С.Ш., 9°56'51.54''В.Д. | 2140 |
| Нортен-Гарденберг | 7,1 | 51°37'27.00''С.Ш., 9°56'6.79''В.Д. | 2100 |
| Родебах перед лиманом | 7,7 | 51°37'29.56''С.Ш., 9°55'37.36''В.Д. | 2080 |
| Ляйне перед гирлом | 7,7 | 51°37'31.32''С.Ш., 9°55'36.00''В.Д. | 670 |
| Ляйне після гирла | 7,8 | 51°37'39.30''С.Ш., 9°55'36.84''В.Д. | 740 |
Значення електропровідності
Додаткова інформація для викладачів (6/8)
Результати з річки Боденбаха (3/3)
- Концентрація солі збільшується поблизу сільськогосподарських угідь.
- Концентрація солей збільшується при протіканні через село Райерсгаузен.
- Концентрація солей поступово зменшується при протіканні через незаселені території.
- Концентрація солі різко зростає в районі калійного терікону довжиною 400 м.
- Концентрація солі розбавляється на 35% на протязі приблизно 5 км до гирла річки.
- Очисні споруди не сприяють зниженню концентрації солей.
- Збільшення концентрації солі в набагато більш повноводній річці Ляйне за рахунок притоку Родебаху чітко простежується.
Додаткова інформація для викладачів (7/8)
Висновки щодо вмісту солі в річковій воді (1/2)
- Розкривні породи містять різноманітні типи солей Цехштейну: Кізерит, Епсомська сіль, карналіт, магнезит, сильвініт, тверда сіль, карналітит (див. Рис. 3а і 3б). Однак з калійного звалища вимиваються переважно хлориди, оскільки хлориди набагато краще розчиняються, ніж карбонати і сульфати (порядки розчинності солі: карбонати: 0,2 г/л, сульфати: 2,0 г/л, хлориди: 200 г/л).
- Гіпотетичний розрахунок видалення солей: 650 мм річних опадів мінус 10% випаровування призведе до 600 л/кв.м. фільтрату проточної води.
- При розчинності хлоридів 200 г/л це відповідає видаленню солі 120 кг/кв.м на рік.
- На територію площею 10 000 квадратних метрів у річки Бодебах буде скидатися 1200 тонн солі на рік.
- Оскільки річка Ляйне несе 87 млн. кубометрів води на рік, то в Ляйне буде забруднена додатково на 15 мг/л.
Додаткова інформація для викладачів (8/8)
Висновки щодо вмісту солі в річковій воді (2/2)
Однак, для зменшення викидів солі і, відповідно, сольового забруднення річки Родебах було вжито таких заходів:
- Починаючи з 1980 року, калійне звалище було засипане ґрунтовим матеріалом, що дозволило рослинам рости на ньому. Це значно зменшило кількість фільтраційної води, оскільки рослини пропускають значну частину дощової води. Як наслідок, щоденне виробництво солі зменшилося до 2 т (що еквівалентно скороченню на 40%).
- Трубопровід, що веде безпосередньо від калійного звалища до річки Лейне.
- Калійні відвали повністю розчиняються протягом 200 років, закриті калійні терикони - протягом 500 років.
Інструкції з техніки безпеки
- За необхідності датчик електропровідності може бути відкалібрований.
- До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для студентів
Мотивація
На якість води в річках, струмках, озерах та океанах значною мірою впливає навколишнє середовище та господарська діяльність людини. Подивіться, як змінюється електропровідність поблизу певних областей, та інтерпретуйте свої результати і спостереження.
Завдання
Вимірювання за допомогою PHYWE measureAPP
Виміряйте електропровідність різних ділянок водотоку. Переконайтеся, що навколишнє середовище є якомога різноманітнішим:
- на в'їзді та виїзді з міста;
- біля сільськогосподарських угідь;
- біля очисних споруд;
- біля великого виробничого підприємства або промислової зони з обробною промисловістю;
- до і після впадіння іншої річки або струмка.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense - Conductivity - Електроровідність, 0...20000 мкСм/см, 0...100°C (Bluetooth) | 12922-01 | 1 |
| 2 | measureAPP - безкоштовне програмне забезпечення для вимірювання для всіх пристроїв та операційних систем | 14581-61 | 1 |
Виконання роботи (1/3)
Для вимірювання за допомогою датчиків Cobra SMARTsense необхідне додаток PHYWE measureAPP. Цей застосунок можна безкоштовно завантажити з відповідного магазину додатків (QR-коди дивіться нижче). Перед запуском додатка, будь ласка переконайтеся, що на Вашому пристрої (смартфоні, планшеті, персональному комп'ютері) активовано Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Виконання роботи (2/3)
Виконання експерименту
- Переконайтеся, що Bluetooth увімкнено на мобільному пристрої.
- Увімкніть датчик Cobra SMARTsense - Електропровідність (Cobra SMARTsense Conductivity)), натиснувши кнопку живлення.
- Відкрийте застосунок PHYWE measureAPP і виберіть датчик "Електропровідність".
Навколишні промислові залишки, такі як ця грудка NaCl, також можуть впливати на електропровідність води.
Виконання роботи (3/3)
Проведення вимірювань
- Тримайте датчик Cobra SMARTsense - Електропровідність (Cobra SMARTsense Conductivity) в досліджуваній воді.
- Запишіть виміряне значення.
- Задокументуйте навколишнє середовище (наприклад, за фотографією, даними GPS).
- Знайдіть наступне місце в річці з іншими умовами, якщо це можливо, і повторіть вимірювання.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Питання
Завдання 3
Підготуйте детальний протокол з даними вимірювань, даними GPS, особливими характеристиками та, можливо, зображеннями і порівняйте різні значення електропровідності на різних ділянках річок з даними Ваших однокласників. Які висновки Ви можете зробити на основі отриманих результатів про вплив зовнішніх факторів на солоність води у водоймі?
