portal edukacyjny: www.educarium.pl sklep internetowy: www.sklep.educarium.pl
CZYM JEST EKOLOGIA
EKOLOGIA
Nazwa ekologia pochodzi od greckiego słowa „oikos” oznaczającego dom. Jest dziedziną nauki traktującą przedmiot swoich badań, jakim jest środowisko naturalne, jako złożony system przypominający dom. Tak jak ludzie żyjący pod jednym dachem dopasowują się do swoich sąsiadów i warunków w samym budynku, tak wszystkie organizmy żywe nauczyć się musiały współgrać nie tylko z innymi przedstawicielami tych samych gatunków, ale także sąsiadujących z nimi innych stworzeń i panujących w danym otoczeniu warunków naturalnych.
ŚRODOWISKO
Środowiskiem naturalnym organizmu nazywamy tę część otaczającego świata, która wpływa na jego życie. Dla roślin będą to inne rośliny i zwierzęta, na które z kolei wpływać będą kolejne gatunki flory i fauny, jak również elementy przyrody nieożywionej i czynniki fizyczne, takie jak temperatura, nasłonecznienie, rodzaj gleby czy zawartość tlenu w powietrzu. Sieć zależności pomiędzy organizmem a jego środowiskiem naturalnym jest wzajemna-obie strony wpływają na siebie. Pracując z tym zestawem, poznasz różne aspekty tego układu.
JAK PODEJŚĆ DO NAUKI EKOLOGII?
Ekologię można badać na wiele sposobów, np. prowadząc indywidualne badania nad konkretnymi roślinami lub zwierzętami. Można również analizować całą populację ludzi jako całość pod interesującymi nas aspektami. W każdym z przypadków obiekty testów różnią się, a mimo to proces myślowy podczas badań pozostaje niezmienny. Zawsze odpowiadamy na pytania: „Jak dany organizm lub organizmy w grupie oddziałują na otaczającą je rzeczywistość? Jak sobie w niej radzą?”
EKOSYSTEMY
Jeśli przyjrzysz się im dokładnie zauważysz, że niektóre części środowiska naturalnego są względnie samowystarczalne i niezależne od innych. Na przykład staw w środku lasu jest stosunkowo odrębny od samego lasu i może zostać uznany za osobny ekosystem. Oznacza to, że flora i fauna w stawie zależna jest bardziej od siebie nawzajem niż od organizmów i czynników fizycznych stanowiących otoczenie tego zbiornika. Określenie „względnie samowystarczalny” jest w tym przypadku kluczowe, ponieważ nic na świecie nie jest zupełnie oddzielone od swojego otoczenia.
Ekosystemy różnią się rozmiarami. Większe pośród nich, jak puszcze czy lasy, zawierają w sobie mniejsze, takie jak zbiorniki wodne czy rozkładające się drzewa. Pojedyncze ekosystemy tworzą zamieszkujące je wspólnoty żywych organizmów i własne, specyficzne czynniki fizyczne występujące na danym terenie. Nie istnieje pojęcie „samowystarczalnego ekosystemu”. Wszystkie, dążąc do przetrwania, są zależne od otaczającego je świata i czynników takich jak światło, tlen czy substancje odżywcze. Jednak miasta nie zasługują na miano ekosystemów. Pomimo, że żyje w nich wiele ludzi, zwierząt i roślin są one wciąż zależne od terenów wiejskich w kwestii dostarczania mieszkańcom żywności.
JAK CZYSTA JEST WODA ? 400-5420
BIOSFERA
Ziemia nazywana jest czasami światowym ekosystemem, zwanym inaczej biosferą. Określamy tym mianem biologicznie aktywną część naszej planety wraz z atmosferą (powietrze), hydrosferą (woda) i litosferą (gleba). W pojęciu biosfery mieszczą się globalne zależności pomiędzy mieszkańcami planety.
Dla przykładu: zwierzęta w Ameryce oddychają tlenem wyprodukowanym przez drzewa w Rosji oraz poddane zostają wpływom radioaktywnych odpadów wytworzonych podczas testów bomb atomowych prowadzonych w Chinach. Pewne ilości środków owadobójczych rozpylanych w Stanach Zjednoczonych czy Afryce zostały już znalezione na Antarktydzie - i prawdopodobnie wpływają już na działanie tamtejszych ekosystemów.
Jak czysta jest woda?
Odpowiadając sobie na pytanie, czy dana woda jest pitna, musimy zwrócić uwagę szczególnie na dwa czynniki.
Po pierwsze: czy jej wypicie może stanowić zagrożenie? Czy może rozchorujemy się po jej spożyciu?
Po drugie: czy chcemy ją pić? Czy dobrze wygląda, pachnie i smakuje? Czy ma odpowiednią temperaturę? Służby publiczne odpowiedzialne za dostarczanie wody obywatelom muszą odpowiadać na te i wiele innych pytań każdego dnia. Przecież każdy z nas chce mieć pewność, że dostarcza do organizmu tylko substancje odpowiedniej jakości.
Dzisiaj w wielu częściach świata ludzie mają bardzo dużo szczęścia - mają dostęp do czystej, pitnej wody. Niestety, taki stan rzeczy nie objął jeszcze wszystkich ludzi. Na wielu obszarach mieszkańcy cierpią z powodu zanieczyszczenia jej źródeł. Picie takiej wody może powodować wiele chorób przenoszonych przez bakterie, np. cholerę czy dur brzuszny. Te niebezpieczne dolegliwości najczęściej atakują układ pokarmowy, zajmujący się przetwarzaniem przyjmowanego pokarmu na energię.
Spożywanie nieoczyszczonej z mikroorganizmów wody zaburza bowiem działanie tego układu.
W krajach wysoko rozwiniętych woda jest badana pod względem zdatności do picia przed jej dystrybucją do gospodarstw domowych.
Pracując z tym zestawem zapoznasz się z częścią środków ostrożności podejmowanych przez służby publiczne zajmujące się tym na co dzień. Wraz z rosnącą ilością odpadów i zanieczyszczeń metody badania i oczyszczania wody muszą być stale udoskonalane, nad czym specjaliści pracują każdego dnia.
Co zanieczyszcza wodę pitną?
Substancje zanieczyszczające wodę i tym samym czyniące ją niesmaczną i niezdatną do picia można podzielić na dwie grupy. Pierwszą z nich stanowią związki chemiczne występujące w naturze lub wprowadzone do środowiska pośrednio przez działalność człowieka. Drugi typ stanowią elementy ożywione, takie jak bakterie żyjące w jeziorach, strumieniach czy studniach, które mogą stanowić zagrożenie jeśli przedostaną się do ujęć wody pitnej. Już niedługo będziesz w stanie sam przeprowadzić kilka testów sprawdzających zawartość pobranych stamtąd próbek.
Do prowadzenia badań, których wyniki będą czytelne, konieczne jest skonstruowanie systemu raportowania i przetwarzania zebranych danych. Nie wystarczy bowiem znaleźć danego związku chemicznego - należy także określić jego udział procentowy w całości. Każdy profesjonalny badacz korzysta więc z podobnych pomocy.
Załóżmy, że jesteś zainteresowany zbadaniem konkretnej substancji, nazwijmy ją Związkiem chemicznym A. Jeśli chcesz dowiedzieć się, jaki procent próbki stanowi ten związek, będziesz musiał, więc zmierzyć jego stężenie. Innymi słowy sprawdzić, ile substancji A rozpuszczone jest w substancji B.
Przykład:
napełnij dwie szklanki tą samą ilością gorącej wody. W pierwszej z nich rozpuść jedną, a w drugiej dwie łyżeczki cukru. Oczywiście, woda w drugim kubeczku będzie miała słodszy smak. Dzieje się tak dlatego, że stężenie cukru będzie w nim wyższe niż w pierwszym
W tym przykładzie stężenie będzie mierzone łyżeczkami na jeden kubeczek gorącej wody.
Sam zestaw zawiera oprzyrządowanie pozwalające mierzyć stężenie w miligramach na litr. Jeden litr wody waży jeden kilogram lub tysiąc miligramów.
Korzystając z tej metody, wyniki możemy zapisywać w następujący sposób:
miligramy związku chemicznego A 1.000 000 miligramów wody
Jeszcze prostszym sposobem jest wyrażanie danych w częściach na milion (ppm). Właśnie w ten sposób przedstawiać będziemy owoce eksperymentów przeprowadzonych z użyciem tego zestawu.
Żywe organizmy zatruwające wodę
Woda stanowi naturalne środowisko życia dla wielu roślin i zwierząt. Niektóre z nich, aby żyć, potrzebują jej w niezwykle dobrym stanie, świeżej i czystej. Innym nie przeszkadzają nawet poważne zanieczyszczenia i trudne warunki.
Ludzie znają i rozpoznają jedynie największe z wodnych roślin i zwierząt. Lilie wodne, trzciny czy glony morskie potrafi rozróżnić już małe dziecko. Podobnie jest z fauną: rybami, wielorybami czy homarami.
Stanowią one jednak jedynie niewielki ułamek żyjących w wodzie organizmów, z których większość nie jest nawet widoczna gołym okiem. Często są zbudowane z tylko jednej komórki, dlatego obserwować je można jedynie pod mikroskopem.
Te maleńkie stworzenia są bardzo ważnym elementem ekosystemu. Nie tylko są pokarmem dla większych organizmów, ale także produkują tak bardzo potrzebny tlen. Ich obecność nie jest jednak pożądana w wodzie pitnej przeznaczonej dla ludzi.
Dalsze rozdziały tej instrukcji dokładnie omówią sposoby ich neutralizowania.
Obecność zwierząt odpornych na szkodliwy wpływ zanieczyszczeń w próbkach wody może świadczyć o jej niezdatności do picia. Nie wszystkie z tych organizmów same zanieczyszczają, jednak ich większa liczba na danym obszarze (a co za tym idzie, wyparcie mniej odpornych jednostek) stanowi dowód na mocne zabrudzenie takiej wody. Takie zbiorniki nie nadają się nawet do celów rekreacyjnych!
Istnieje jeszcze jeden rodzaj organizmów, zwierząt i roślin, które same mogą przenosić groźne choroby, także na ludzi. Wiele z nich pochodzi z odpadów produkowanych przez gospodarstwa domowe czy przemysł. Źle zaprojektowane lub zaniedbane sieci ściekowe dają możliwość przedostania się do zbiorników wodnych lub wód podziemnych. Także opady deszczu „zmywają” odpady z pól i farm, tym samym roznosząc resztki produkcji rolnej. Z czasem mogą one trafić np. do pobliskich strumieni i wraz z nimi przenosić się dalej.
Po burzach, huraganach czy powodziach to właśnie obecność bakterii i wirusów w wodzie stanowi jeden z najważniejszych problemów. Podczas tych zawirowań pogodowych systemy kanalizacyjne zawodzą:
przepełniają się studzienki kanalizacyjne, pękają rury. Prowadzi to do przelewania się zanieczyszczonej wody i jej kontaktu z wodą pitną (zatruwania źródeł). Dlatego w czasie podobnych katastrof, po wyeliminowaniu bezpośredniego zagrożenia życia, ekipy ratunkowe zajmują się przede wszystkim dostarczaniem wody butelkowanej i przywracaniem czystości w punktach poboru wody pitnej.
Wirusy, które wyeliminować jest trudniej niż bakterie, roznoszą bardzo groźne choroby jak np. zapalenie wątroby.
Instytucje odpowiedzialne za ochronę zdrowia publicznego kontrolują ilość szkodliwych mikroorganizmów w wodzie licząc kolonie bakterii E. Coli (inaczej pałeczek okrężnicy) w pobieranych próbkach. Bakterie Coli stanowią część flory bakteryjnej w ludzkich jelitach (są również wydalane z odchodami) i same nie stanowią dużego zagrożenia dla zdrowia. Są jednak bardzo wytrzymałe, dlatego ich obecność lub jej brak może stanowić podstawę do szacunków na temat występowania innych bakterii (również szkodliwych).
Parafrazując:
jeśli w próbce przetrwają pałeczki okrężnicy, istnieje prawdopodobieństwo wystąpienia także innych, mniej przyjaznych ludziom bakterii. Przyjmuje się, że w wodzie pitnej powinna wystąpić średnio mniej niż jedna bakteria E. Coli na 100 mililitrów (ml).
EKSPERYMENT:
Cel: Oszacować ilość pałeczek okrężnicy w próbce wody pitnej.
Czego potrzebujesz:
Przygotuj sześć z dołączonych do zestawu szkiełek Petriego, zakraplacz, szklane mieszadełko, butelkę agaru (czerwonego wodorostu) i bulion wołowy. Będziesz także korzystał z rondla z gorącą wodą oraz około 60 centymetrów przezroczystej taśmy.
Krok po kroku:
1. Podczas tego eksperymentu musisz zadbać, aby wszystkie twoje narzędzia pozostały sterylne (aby żadne bakterie, poza badanymi, nie dostały się na ich powierzchnię).
2. Przed przystąpieniem do badania dokładnie umyj ręce.
3. Doprowadź wodę w rondelku do wrzenia i umieść w niej zakraplacz i mieszadełko celem ich sterylizacji.
4. Do osobnego pojemnika wrzuć kostkę bulionową i zalej ją gorącą wodą. Kiedy kostka rozpuści się, do powstałego wywaru dodaj agar. Wymieszaj, używając szklanego mieszadełka a następnie rozlej równe próbki do sześciu szkiełek Petriego. Przykryj je pokrywkami i umieść w chłodnym miejscu.
5. Kiedy próbki stężeją, można przystąpić do badania.
6. Korzystając z zakraplacza umieść próbkę wody z kranu pod pokrywką jednego ze szkiełek.
Ponownie je zamknij, a następnie przechylaj tak, aby woda oblała całą próbkę wywaru. Z zewnątrz oklej szkiełko taśmą i opisz numerem 1. Dodałeś do niego około 1.10 mililitra (0,1 ml) wody. Oznacz kolejne szkiełko cyfrą 2 i oklej je taśmą (do tego egzemplarza nic nie dodajemy).
7. Umieść wszystkie szkiełka w ciepłym, zaciemnionym miejscu. Temperatura otoczenia nie powinna wynosić więcej niż 34 stopnie Celsjusza, czyli zbliżona do temperatury ciała (36,6 C).
Miejsce niedaleko grzejnika lub kaloryfera powinno być odpowiednie.
8. Próbki powinny pozostać nienaruszone przez 48 godzin, chociaż obserwację możesz zacząć od razu. Czy zauważasz drobne zmiany na ich powierzchni?
9. POD ŻADNYM POZOREM NIE UCHYLAJ POKRYWEK. Po upłynięciu dwóch dób policz zmiany, które pojawiły się na materiałach. Każda maleńka kropeczka reprezentuje jedną kolonię bakterii. Każda kolonia wywodzi się od pojedynczej bakterii obecnej w próbce wody. Te mikroorganizmy rozmnażają się przez podział: jedna bakteria „matka” dzieli się na dwie, dwie na
cztery itd.
10. Czy spodziewasz się zaobserwować kolonie bakterii w swoich szkiełkach Petriego? Jeśli skorzystałeś z wody spełniającej standardy dla wody pitnej, teoretycznie powinieneś znaleźć jedynie 1 bakterię/kolonię na 100 mililitrów. Próbka, którą wykorzystałeś stanowiła tylko 1.10 tej ilości, dlatego jest mało prawdopodobne, że napotkasz na bakterie w tym badaniu.
11. Po zakończonej obserwacji wyrzuć szkiełka do odpowiedniego pojemnika.
OSTRZEŻENIE!!
POD ŻADNYM POZOREM NIE UCHYLAJ POKRYWEK. NIE DOPUŚĆ DO KONTAKTU SKÓRY Z KOLONIAMI BAKTERII, PONIEWAŻ W TOKU BADANIA W SZKIEŁKACH ZAGNIEŹDZIĆ SIĘ MOGŁY TAKŻE SZKODLIWE MIKROORGANIZMY.
Chemikalia w wodzie
Oceany stanowią większość ziemskich zasobów wody. Niestety nie jest to woda pitna, ponieważ zawiera zbyt dużo soli. Mianem soli określamy z kolei cały zbiór substancji o pewnych cechach wspólnych, jednak zróżnicowanych pod innymi względami. Niektóre z nich są rozpuszczalne w wodzie, a inne nie. Część z nich jest toksyczna, podczas gdy inne są pożyteczne. Sole różnią się także kolorami.
Sól spotykana w morzu, to bardzo skomplikowana substancja chemiczna. Jej głównym składnikiem jest chlorek sodu (NaCi), który jest zarazem znaną wszystkim solą kuchenną.
Woda w oceanie zawiera obecnie około 35,000 jednostek soli w skali ppm. Jest to ilość proporcjonalnie równa około 8 łyżkom soli w mniej niż połowie metra sześciennego wody. Miliardy lat temu stężenie tego związku w oceanach było o wiele niższe, jednak przez wieki woda obmywała skały znajdujące się przy i pod swoją powierzchnią, rozpuszczając je, a tym samym zawarte w nich sole. Część z nich ostatecznie rozpuściła się, a część opadła na dno w postaci osadu (materiału opadającego na dno cieczy). Dziś ten proces trwa nadal, utrzymując poziom zasolenia wód na w miarę niezmiennym poziomie.
Zwierzęta słonowodne mogą bez szkody pić słoną wodę, jednak lądowa flora i fauna utraciły tę umiejętność. To właśnie dlatego rozbitkowie dryfujący na tratwach po morzach i oceanach umierają z pragnienia. My i kolejne pokolenia będziemy zmagać się z tym samym problemem, jeżeli nie uda nam się na czas zapobiec zanieczyszczeniu zasobów wody słodkiej, lub momentu ich wyczerpania. Jeśli człowiek wypije płyn zawierający niewielką ilość soli, będzie ona po prostu niesmaczna. Jednak gdyby miał spożywać wodę o wyższym stężeniu tego składnika, nastąpi proces zwany osmozą - czyli paradoksalnie - odwodnienie organizmu.
Osmoza to proces wyrównujący stężenie roztworów. Procent samej wody jest wyższy w wodzie słodkiej niż słonej, w której sól stanowi około 35.000 według skali ppm. Można wyjaśnić to na prostym przykładzie: jeśli dodasz soli do wody, część powierzchni naczynia przejmie właśnie sól rozpuszczona w wodzie. Komórki w naszym ciele korzystają z wody słodkiej, a w przypadku wypicia wody słonej wydaliłyby ją do krwi a następnie z organizmu ( celem wyrównania stężenia substancji w komórkach) i w efekcie niedoboru wody.
Podsumowując:
spożywając świeżą, słodką wodę nawadniamy organizm a popijając jej słony odpowiednik, odwadniamy go. Z tej samej przyczyny słone jedzenie sprawia, że chce nam się pić. Po przyjęciu zbyt dużej ilości soli mózg wysyła nam ostrzeżenie przed odwodnieniem w postaci uczucia pragnienia.
Na co dzień wprowadzamy duże ilości tego pierwiastka do wody słodkiej. Wpływ na to ma chociażby obecny w ściekach chlorek sodu a także proces irygacji gleby, zmywający zgromadzoną w ziemi sól i przenoszący ją dalej, czasami do źródeł wody pitnej.
Zdarzają się także sytuacje, w których sole różnego typu dostają się do zasobów wód gruntowych, z których czerpiemy często wodę pitną. Może to mieć miejsce szczególnie w rejonach przybrzeżnych, na których osusza się wielkie połacie bagien. Podobny przypadek miał miejsce na Florydzie, gdzie odprowadzono wodę w części parku narodowego Everglades. Obniżyło to poziom słodkich wód, pozwoliło przedostać się słonym na ich miejsce i zniszczyło kilka ujęć w pobliżu Miami. Co prawda, specjalistyczne służby podejmują wysiłki, aby zapobiec takim wypadkom, jednak niestety - nie zawsze skutecznie.
Podane argumenty mogłyby wskazywać, że obecność soli może mieć jedynie negatywne skutki. Nie jest to prawdą. Człowiek nie mógłby przetrwać bez tego pierwiastka! Dla przykładu atleci zażywają specjalne tabletki z solą, aby wyrównywać jej poziom po intensywnych treningach. Także napoje izotoniczne zostały stworzone, aby pomagać sportowcom zapobiegać groźnym niedoborom tej substancji.
Uwaga:
W kolejnym eksperymencie będziesz miał do czynienia z różnymi chemikaliami. Musisz zachować szczególną ostrożność: dokładnie umyć ręce zaraz po skończonym badaniu i nie dopuścić do kontaktu niebezpiecznych substancji ze skórą czy oczami. Jeśli dojdzie do nieumyślnego podrażnienia, natychmiast przemyj je zimną wodą.
EKSPERYMENT:
Cel: Zmierzyć stężenie chlorku sodu (Cl) w wodzie.
Jest to również miara zasolenia wody, jako że chlorek sodu stanowi ważny składnik soli.
Czego potrzebujesz:
Z zestawu przygotuj: C 2 Powder Pillow, roztwór azotanu srebra, zakraplacz i plastikową fiolkę.
Krok po kroku:
1. Używając zakraplacza, umieść dokładnie 42 krople wybranej do badania wody w plastikowej fiolce. Korzystając z nożyczek, otwórz opakowanie C 2 Powder Pillow – BEŻOWA saszetka z substancją niebezpieczną – uwaga ostrożnie i wlej zawartość do fiolki.
2. Zamknij ją i potrząsaj aż do rozpuszczenia.
3. Do mieszaniny stopniowo dodawaj zakraplaczem roztwór azotanu srebra, potrząsając fiolką po dolaniu każdej kropli. Kontynuuj, aż próbka zmieni kolor z żółtego na pomarańczowy.
4. Pomnóż ilość dodanych kropelek razy 50, aby otrzymać stężenie chlorku w skali ppm.
Na przykład:
1 kropla x 50 = ppm chlorku
10 kropli x 50 = 500 ppm
100 kropli x 50 = 5000 ppm
5. Jeżeli chcesz poddać badaniu wodę morską, musisz najpierw rozcieńczyć swoją próbkę.
Upewnij się, że twój zakraplacz i fiolka są czyste i suche. Dodaj 38 kropli wody destylowanej (wolnej od jakichkolwiek substancji chemicznych) do przygotowanej fiolki. Następnie wkrop do niej 4 krople słonej wody. Delikatnie potrząśnij probówką. Właśnie rozcieńczyłeś morską wodę!
Teraz jest stężona w 1/10 w stosunku do stanu na początku badania.
6. Powtórz kroki numer 2 i 3. Aby otrzymać wynik w skali ppm, tym razem pomnóż liczbę kropli razy 500.
Na przykład:
1 kropla x 500 = 500 ppm
10 kropli x 500 = 5000 ppm
100 kropli x 500= 50 000 ppm
Azotany
Azotany wywodzące się zarówno z naturalnych, jak i stworzonych przez człowieka źródeł stanowią poważny problem w kwestii zanieczyszczenia wody. W naturze substancję tę wytwarzają rozkładające się szczątki roślin i zwierząt. Bakterie odpowiadające za proces rozkładu rozbijają związki chemiczne, a dokładniej proteiny. Owocuje to powstaniem amoniaku, który z czasem przechodzi do postaci azotanów właśnie. Ma to miejsce w wodzie i jest częścią wielkiego cyklu życia, co oznacza, że produkty tej reakcji mogą być wykorzystane przez kolejne organizmy żywe. W tym przypadku z azotanów mogą korzystać np. algi i drzewa. Drugim możliwym źródłem tych substancji mogą być ścieki (odpady produkowane przez ludzi i zwierzęta), a dokładnie reakcja ich rozpadu.
Taki rodzaj azotanów zatruwa wodę pitną i skutecznie zniechęca do kontaktu z nią już chociażby swoim zapachem. Ponadto, zatrute nim wody stanowią miejsce wzrostu dla wielu różnych bakterii.
Obecność tych związków w wodzie może być niebezpieczna z jeszcze jednego powodu. Szczególnie narażone na zatrucie nimi są bowiem niemowlęta (dzieci do ukończenia 1 roku życia). Amerykańska agencja zdrowia ostrzega, że podawanie niemowlętom płynu o stężeniu azotanów wyższym niż 45 ppm grozi otruciem, którego objawy przypominają uduszenie. Ciała maluchów, w przeciwieństwie do organizmów starszych osobników, zamieniają azotany na azotyny, które z kolei reagują z hemoglobiną (przenoszącą tlen we krwi). W efekcie tej reakcji, hemoglobina traci zdolność transportowania O2.
pH
pH jest miarą kwasowości i zasadowości wody. Kwaśne substancje, takie jak np. sok z cytryny,
„szczypią” usta i język. Z kolei związki zasadowe, jak mydło czy szampon, mogą podrażniać oczy. PH mierzymy w skali od 0 do 14, przy czym wynik „7” oznacza, że dana próbka nie ma odczynu ani zasadowego, ani kwaśnego. PH poniżej 7 cechuje kwasy (tym silniejsze, im niższy wynik pomiaru) a powyżej zasady (w tym przypadku odwrotnie: zasadowość rośnie wraz z wynikiem).
Kwasy, jak wskazuje ich nazwa, charakteryzują się kwaśnym posmakiem. Przykładem może być sok z cytryny czy ocet - oba zawierają kwasy. Są one jednak bardzo łagodne i zupełnie nieszkodliwe. Silne substancje tego rodzaju, te o niższym pH (1-2) są z kolei bardzo niebezpieczne. Kontakt z nimi może powodować oparzenia równie poważne co ogień. Topią również metale. Picie zakwaszonej wody może więc stanowić zagrożenie. Co prawda, okazjonalny kontakt z wodą o pH4 i wyższym nie musi od razu powodować szkód, jednak stanowczo zabrania się spożywania tej o pH niższym niż 2. Na szczęście do jej wypicia zniechęcać będzie też nieprzyjemny smak!
Ciecze o odczynie zasadowym mają gorzki smak i są śliskie w dotyku (nie próbuj ich smakować!) Odnaleźć je możemy w mydłach i detergentach, np. soda wykorzystywana do pieczenia (dwuwęglan sodu) jest przykładem łagodnej zasady. Środki do czyszczenia sprzętu AGD czy armatury to znowu przykłady jej silniejszych odpowiedników (są bardzo szkodliwe). Mocno stężone substancje tego typu także mogą powodować poparzenia. Oczywiście, spożywanie zarówno zasad jak i kwasów tego typu jest bardzo niebezpieczne i stanowczo odradzane!
Na terenie Stanów Zjednoczonych, w co najmniej kilku miastach woda ma pH wyższe niż 9 czy 10. Ma wyczuwalny posmak, jej spożywanie nie stanowi jednak bezpośredniego zagrożenia. Takie istniałoby, gdyby pH w źródle wynosiło 14 lub 14.
pH wody wpływa nawet bardziej na zwierzęta w niej żyjące niż na jej „pitność”. Ryby na przykład najlepiej czują się w wodzie o wskaźniku pomiędzy 5 a 9. Jeśli pH jest wyższe, mogą mieć problemy z oddychaniem.
Zbytnie zakwaszenie lub zasadowość wody mogą także utrudniać jej wykorzystanie przez przemysł.
Kwasy i zasady dostają się do wody z kilku różnych źródeł, np. ta opływająca skały wapienne czy wykorzystywana w niektórych procesach produkcyjnych nabiera odczynu zasadowego. Z kolei działania przemysłu kopalnianego mogą zakwaszać zbiorniki. Przykładem tego może być powstawanie kwasu siarkowego w starych szybach kopalni. Z tych miejsc przedostaje się on później do wód gruntowych, będąc przyczyną niepożądanych konsekwencji. W regionie zwanym doliną Apallachów w USA mieszkańcy bardzo często borykają się z podobnymi problemami.
Eksperyment:
Cel:
Zbadanie pH różnych próbek wody.
Czego potrzebujesz:
Przygotuj papierek lakmusowy (inaczej wskaźnikowy) dołączony do zestawu.
Krok po kroku:
1. Przygotuj kawałek papierka lakmusowego i zanurz go w próbce wody, którą chcesz zbadać.
2. Jeżeli wskaźnik zaczyna jaśnieć, wskazuje to na obecność odczynu kwasowego(pH poniżej 7).
Ciemnienie oznaczać będzie zasadowość danego roztworu(pH 8 i wyższe). Brak zmiany kolorytu papierka to znak neutralności pH badanej cieczy(pH równe 7).
3. Podobny test przeprowadzić można na wodzie z dowolnego źródła. Ciekawy efekt dać może zbadanie octu, soku z cytryny czy roztworu wody z mydłem.
Inne chemikalia:
W wodzie odnaleźć możemy wiele różnych substancji, a wśród nich cyjanek. Jest on używany między innymi w hutach żelaza w wyniku, czego niestety czasami przedostaje się także do zasobów wody. Już niewielka ilość tego pierwiastka (0.01 ppm) może zabić żyjące w nich ryby. Organizacje zdrowia publicznego podają tę ilość jako górny limit dozwolonej zawartości w wodzie pitnej.
Inną substancją spotykaną w wodzie jest fluor. W małych dawkach (mniej niż 1 ppm) jest pożyteczny pomaga chronić szkliwo naszych zębów. Z kolei w przypadku wyższego stężenia działa odwrotnie, osłabiając je i będąc przyczyną powstawania przebarwień.
Dwie inne substancje wzbudzające dziś powszechne zainteresowanie i obawy to rtęć i tak zwane DDT(środek owadobójczy o trudno brzmiącej nazwie: dichlorodifenylotrichloroetan). Nierozpuszczające się w wodzie, nie stanowią bezpośredniego zagrożenia dla źródeł. Stanowią jednak pożywienie organizmów jednokomórkowych, którymi z kolei żywią się większe zwierzęta oraz dalej w łańcuchu pokarmowym ludzie. Nie zatruwamy się więc nimi po prostu pijąc wodę, lecz właśnie jedząc ryby czy owoce morza.
Źródła wody
Skąd pochodzi woda, którą pijemy? Przez wieki ludzie po prostu pobierali ją z rzek, jezior czy stawów.
Budowali także studnie i pompowali ją z głębszych warstw ziemi. Niestety, w dzisiejszych czasach często nie jest to możliwe, ze względu na rosnący poziom zanieczyszczeń. Nawet na pozór krystalicznie czyste górskie strumienie mogą być zatrute odpadami z tartaków czy domków letniskowych.
Niektóre źródła mogą być również naturalnie zanieczyszczane a woda w nich niezdatna do picia lub nawet toksyczna. Na pewno widziałeś amerykańskie westerny, w których studnie z naturalnych przyczyn zatrute były arszenikiem. Woda w nich, przepływająca wcześniej przez pokłady tego pierwiastka głęboko pod ziemią, przejmowała jego trujące właściwości. Niektóre rzeki i strumienie mogą być również zbyt zasolone, co także czyni wodę w nich nieodpowiednią do picia. A słynne jezioro Great Salt Lake w amerykańskim stanie Utah ma wyższe stężenie soli niż woda w oceanach.
W związku z tym oczywiście nie nadaje się do spożycia!
Dziś duża część zasobów wody słodkiej jest, niestety, zanieczyszczana przez człowieka.
Zanieczyszczenia te pochodzą zarówno z procesów przemysłowych, jak z odpadów komunalnych.
Musimy chronić źródła wody pitnej a większości przypadków również dodatkowo je oczyszczać. Na niektórych obszarach wiejskich ludzie wciąż pobierają wodę ze studni. W części południowo-wschodnich stanów w USA większe miasta korzystają ze źródeł wód gruntowych. Ich mieszkańcy pompują ją, wcześniej oczyszczoną przez rozbudowane sieci filtrów (np. piaskowych), ze specjalnych zbiorników.
Filtracja (proces filtrowania wody), zwana również absorbcją, usuwa również nieprzyjemny zapach i niepożądany kolor. Jej ostatnim krokiem jest chlorowanie, zabijające resztki pozostałych przy życiu bakterii. Ponieważ tak oczyszczona woda wędruje dalej rurami systemu kanalizacyjnego, które również mogą być zanieczyszczone, poziom jej czystości powinien być raczej mierzony w konkretnym gospodarstwie domowym niż u źródła poboru. Obrazuje to poniższy wykres:
Źródło wody
Osadzanie się większych zanieczyszczeń Regulacja temperatury
Filtracja w zbiornikach
Usuwa ożywione i nieożywione substancje niepożądane
Chlorowanie Zabija bakterie
System dystrybucji
Zanieczyszczenia mogą znowu dostać się do wody, np. poprzez nieszczelne rury
Gospodarstwo Domowe
Zbiorniki to ważna część systemu dostarczania wody. Przechowuje się w nich wodę, tak trudno dostępną w niektórych regionach. Dodatkowo, w zbiornikach można również poddawać ją dodatkowemu procesowi uzdatniania. Zastanów się, czym cechować się powinna woda pitna a za chwilę dowiesz się, jaką rolę w doprowadzaniu jej do takiego stanu odgrywają właśnie zbiorniki.
Przede wszystkim oczekuje się, że woda przeznaczona do spożycia będzie czysta. Jej siostra w rzekach często zawiera zbyt dużo mułu(piasku i minerałów), przez co niejednokrotnie jest bardzo mętna.
Prądy rzeczne nieustannie mieszają te substancje, a one z kolei przemieszczają się i tylko na chwilę osiadają przy dnie. Z kolei w zbiornikach woda nie jest poddawana podobnym siłom, w związku, z czym nie miesza się i nie zamula. Niepożądane cząsteczki mają czas, aby osadzić się na jej dnie i nie zanieczyszczać jej górnych partii. Często woda zostaje w takim zbiorniku przez lata, w związku, z czym wszelkie substancje mają czas aby oddzielić się od wykorzystywanych przez ludzi partii wody bliżej jej powierzchni. Te z nich, które nie osiadają, są filtrowane w kolejnych krokach procesu uzdatniania.
Eksperyment:
Cel: Zmierzyć stopień, w jakim różne substancje osiadają na dnie wody stojącej.
Czego potrzebujesz:
Ze swojego zestawu przygotuj dwie fiolki, jedną z próbką gliny a drugą z próbką piasku. Niezbędny będą również zegar ze wskazówką sekundową i odrobina wody.
Krok po kroku:
1. Ze środka fiolek usuń etykiety, wypełnij je wodą a następnie zamknij pokrywkami.
2. Spójrz na zegarek. Potrząśnij próbką piasku z wodą i odliczaj upływające sekundy aż do momentu osadzenia się piasku na dnie fiolki. Jak długo to zajmuje? Czy piasek osadza się szybko? Jak myślisz, czy w związku z tym może on powodować mętnienie wody w zbiornikach?
3. Ponownie sprawdź czas, tym razem potrzebny do osadzenia gliny we wstrząśniętej fiolce. Tym razem przygotuj się na dłuższe oczekiwanie. Czy glina może być powodem mętnienia zasobów w zbiornikach? Co możesz powiedzieć o rozmiarach pojedynczych drobinek piasku i gliny w fiolkach z wodą? Które z nich są większe? Czy przychodzi ci na myśl sposób zmierzenia ich rozmiarów?
4. Możesz powtórzyć ten eksperyment z próbkami innych substancji, jakich jak gleba czy kurz.
Wody zmywają bowiem wszelkie rodzaje zanieczyszczeń, a Ty możesz sam zmierzyć ich wpływ na proces mętnienia.
5. Dla czytelniejszego zapisu uzyskanych wyników poleca się stworzyć podobną tabelę:
Rodzaj gleby
Czas potrzebny na osadzenie się na dnie Wpływ na mętnienie
wody
Sekundy Minuty Godziny Dni Tak / Nie
Piasek
Glina
Inne
Kolejnym powodem, dla którego zasoby wody przechowuje się właśnie w dużych zbiornikach jest fakt, że utrzymują one jej niską temperaturę. Ciepła woda nie smakuje dobrze i udowodniono, że nie gasi pragnienia równie skutecznie, co jej zimna. W zbiornikach udaje się zachować w ją w chłodzie także dlatego, że nagrzana słońcem woda przy powierzchni jest lżejsza i samoczynnie unosi się ponad chłodniejsze partie poniżej. Naukowcy udowodnili, że temperatura znacząco spada już kilka metrów poniżej lustra wody.
Wniosek:
w głębokich zbiornikach woda przy dnie pozostaje zimna przez cały rok. Inaczej będzie w płytszych stawach czy jeziorach: nie ma w nich miejsca na kilka warstw temperaturowych w związku z czym latem
woda w nich będzie cieplejsza. Kiedy pobiera się wodę ze zbiornika, wybiera się właśnie tę z niższych, chłodniejszych warstw. Najzimniejsza byłaby ta pobrana z okolic dna: niestety, najczęściej jest ona również najbardziej mętna i niezdatna do picia bez dodatkowej filtracji.
Inną zaletą zbiorników jest stwarzanie możliwości dla naturalnego oczyszczania zgromadzonych zasobów. Promienie słoneczne oświetlające powierzchnię wody zabijają wiele z występujących w nich groźnych bakterii. Jest to ten sam rodzaj promieniowania, który wywołać może poparzenia słoneczne lub oślepiać, gdy patrzysz prosto w słońce.
Z kolei jedną z wad tego rozwiązania (stosowania zbiorników jako magazynów wody pitnej) jest to, że z czasem wypełniają się one mułem i stają coraz płytsze i coraz bardziej mętne. Prowadzi to do obniżenia jakości przechowywanej w nich wody a ostateczne do uznania jej za niezdatną do spożycia.
Kolejnym krokiem w procesie oczyszczania wody jest jej filtracja. Zapobiega ona przedostaniu się większych zanieczyszczeń oraz organizmów jednokomórkowych do naszych kranów. Filtr, najczęściej warstwy piasku, jest jak sito. Podobnie jak podczas odcedzania warzyw w kuchni, zatrzymuje on na sobie większe elementy i pozwala wodzie wędrować dalej w o wiele czystszej postaci.
W trakcie filtracji można również pozbyć się nieprzyjemnego zapachu czy smaku. W tym celu przepuszcza się wodę przez warstwę węgla aktywowanego (węgiel w postaci bardzo małych kawałków).
Naukowcy odkryli, że wiele substancji o przykrym zapachu „przyczepia się” do cząsteczek węgla i zostaje przy nim, w ten sposób dając się usunąć z naszych zasobów wody.
Na tym etapie usuwa się również zanieczyszczenia, których stężenie wciąż przekracza dopuszczalne normy. W większości przypadków wystarczą do tego proste reakcje chemiczne neutralizujące szkodliwe chemikalia.
Ostatnim krokiem w procesie oczyszczania wody jest jej chlorowanie. Reagując z wodą, chlor tworzy związki chemiczne zabijające bakterie. Do momentu dostarczenia wody do domów, większość z tych substancji zanika w naturalny sposób. Niewielkie ilości pozostają, zapewniając ochronę przed szkodliwymi drobnoustrojami. Posmak chloru, na który można czasami napotkać pijąc wodę z kranu, nie stanowi jednak zagrożenia. To zaledwie cień wcześniej użytej i zneutralizowanej już substancji.
Chlor jest dobrze znany wszystkim użytkownikom basenów. To właśnie od odpowiada za dezynfekcję wody w publicznych pływalniach.
Bezpieczna woda pitna
Przeprowadzone z tym zestawem eksperymenty to zaledwie ułamek tych, którym poddawana jest woda mająca trafić do gospodarstw domowych. Wynik badania wskazujący na jej zdatność do spożycia nie może więc stanowić podstawy do podjęcia decyzji o spożyciu w przypadku, gdy źródło nie zostało wcześniej przebadane przez specjalistów. Z kolei negatywny wynik na którymkolwiek etapie nawet tych amatorskich badań powinien ustrzec cię przed piciem wody z danego zbiornika.
Przed oficjalnym dopuszczeniem wody do spożycia muszą zostać przeprowadzone testy na obecność cyjanku, metali ciężkich (rtęci i chromu), jodu, bromu czy arszeniku.
Zatwierdzanie wody z danego źródła, jako pitnej to złożony i długotrwały proces. Proponowane przez nas eksperymenty prezentują kierunek, w jakim podążają specjaliści. Nie mogą jednak stanowić ekwiwalentu skomplikowanych testów i badań, nad których regularnym i prawidłowym przeprowadzaniem czuwają dla naszego bezpieczeństwa odpowiednie służby.
