Перечень некоторых лишайников-индикаторов загрязнения воздуха сернистым газом

1. Гипогимния (Hypogymnia sp.). Гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes) – один из обыкновеннейших лишайников, которые растут на коре и ветвях лиственных (чаще березе) и хвойных пород (например, ели), ветви которых часто сплошь покрыты этим видом. Слоевище имеет вид округлых (на коре) или сильно вытянутых в одном направлении (на ветвях) листовидных пепельно-серых розеток, местами плотно сросшихся с субстратом. Нижняя сторона голая, морщинистая, черная или коричневато-черная, к краям светлеющая. Концы лопастей обыкновенно приподнимаются над талломом и слегка заворачиваются на верхнюю сторону.

2. Ксантория (Xanthoria sp.). Ксантория настенная (Xanthoria parietina) распространена на коре лиственных пород (осин, топо­лей). Часто встречается на обработанной древесине (заборы, кры­ши, стены). Слоевища имеют вид почти правильных желто-оран­жевых розеток диаметром больше 3 см. Яркость окраски зависит от освещенности. На солнце слоевище оранжевое, при затенении становится серовато-зеленым.

3. Уснея (Usnea sp.). Виды уснеи свешиваются с ветвей деревьев как длинные сероватые, серовато-зеленые или коричневатые пря­ди, состоящие из тонких ветвящихся нитей и напоминающие бо­роду.

4. Эверния (Evernia sp.). Эверния сливовая (Evernia prunastri) – «дубовый мох». Один из обыкновеннейших и широко распространенных лишайников, растущих на коре и ветвях различных ли­ственных деревьев. В отличие от уснеи и других кустистых лишайников слоевищные полости эвернии не округлые, а имеют вид дихотомически разветвленных лент, мягких на ощупь. Сверху они беловато- или серовато-зеленые, снизу более светлые, с розоватым оттенком. Края лопастей обычно заворачиваются на нижнюю поверхность.

5. Леканора (Lecanora sp.). Слоевище однородное, накипное, гладкое, иногда зернистое или бородавчатое, часто мало заметное, плотно срастается с субстратом (корой дерева, камнями и т. п.). Плодовые тела (апотеции) сидячие, дисковидные. Видовая принадлежность определяется трудно.

6. Пармелия (Parmelia sp.). – пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata); п.оливковая (P. olivacea), п.козлиная (P. caperata). Слоевища листоватые, разрезанно-лопастные, в виде крупных розеток; при­креплены к субстрату ризоидами, реже свободны. Лопасти разно­образные: узкие или широкие, сильно- или маловетвистые, плос­кие или выпуклые, тесно сомкнутые или раздельные. Окраска вер­хней стороны – от беловато-сероватой и желтоватой (P. caperata) до коричневатой и черной, матовая или блестящая (P. olivacea); нижней стороны – от белой или светло-коричневой до черной. Обитает на коре деревьев, реже на замшелых почвах и скалах, на обнаженной древесине.

7. Алектория (Alectoria/Bryoria sp.). Таллом кустистый, прямо­стоячий или повисающий; с волосовидными или иногда сплюс­нутыми главными веточками. Прикрепляется к субстрату централь­ным гифом, который с возрастом отмирает, и тогда таллом ста­новится свободным. Обитает в основном на стволах деревьев, реже на мшистой почве и замшелых скалах.

8. Рамалина (Ramalina sp.). Рамалина мучнистая (Ramalina farinacea). Таллом в виде прямостоячих кустиков, серовато- или коричнево-зеленый, 5 —6 см длиной, мягкий. Лопасти плоские, к концам немного утончаются, по краям покрыты крупными головчатыми беловатыми соралями. Поселяются на коре и обработанной древесине.

9. Калоплака (Caloplaca sp.). Таллом накипной, всегда однородный по краю. Окраска оранжевая, желтовато-оранжевая, реже темно-коричневая. Кора таллома развита плохо, края не бывают листоватыми. Слоевище всегда в виде зернисто-бугорчатой корочки. Обитает на древесине, коре, камнях (особенно содержащих известь), реже на почве.

10. Фисция (Physcia sp.). Фисция припудренная (Physcia pulverulenta) часто встречается на коре осин, имеет вид изящных, округлых, правильной формы розеток оливкового или темно-коричневого цвета диаметром до 15 см. Плотно прилегает к субстрату, состоит из плоских, довольно широких или узких разветвленных лопастей и сверху покрыта обильным сизоватым налетом, отчего и кажется пепельно-серой. На верхней стороне слоевища образуются довольно крупные плодовые тела с черновато-коричневым диском. Нижняя сторона слоевища темная, почти черная, c густыми темно-серыми или черными ризоидами.

11. Анаптихия (Anapthychia sp.)- Анаптихия реснитчатая (Anapthychia ciliaris) наиболее распространена в парках, в светлых лиственных лесах, на придорожных деревьях. Реже ее можно встре­тить на скалах и лревесине. Пепельно-серое или коричневато-се­рое слоевише имеет вид лежащих на субстрате или слегка припод­нимающихся кустиков.

12. Графис (Graphis sp.). Графис письменный (Graphis scripta) часто встречается на гладкой коре лиственных пород (ольхи, лип, особенно рябины и черемухи). Слоевище лишайника погружено в субстрат (кору), тонкокорковидное, серовато-беловатое, иногда слабо заметное и так плотно врастающее в субстрат, что о его существовании можно судить только по некоторому изменению окраски субстрата – белесым пятнам на коре, да по плодовым телам – апотециям. Апотеции в виде неправильно ветвящихся из­вилистых черных штрихов образуют на коре красивый узор, на­поминающий восточные письмена.

Перечень терминов и анатомо-морфологических особенностей лишайников

Апотеции (ед. ч. апотеции) – один из основных типов плодово­го тела лишайников, характеризующихся открытым расположе­нием гимениального слоя. Часто имеет вид маленького блюдца с диском в центре, окруженным выступающим краем.

Гимениальный слой – слой, в котором образуются сумки со спо­рами.

Изидии (ед. ч. изидия) – маленькие выросты слоевища.

Пикнидии – органы бесполого размножения лишайников, в которых образуются пикноконидии.

Подеции (ед. ч. подеций) – вертикальные полые выросты слое­вища различной формы: кубковидные (сцифы), шиловичные, ввиде разветвленных кустиков, пальцевидные.

Резины – нитевидные, корневищные выросты, развивающиеся па нижней стороне слоевища для прикрепления его к субстрату,

Слоевище (= таллом) – вегетативное тело лишайника.

Сорали – компактное скопление соредий.

Соредии – маленькие частички лишайника, с помощью кото­рых он размножается вегетативным путем.

Пример составления карточки для выполнения лабораторной работы

Все биоиндикационные методы предполагают выполнение ис­следований непосредственно на природе, поэтому можно лишь смоделировать всевозможные варианты сочетаний индикаторных видов лишайников на макетах. Такие стенды-макеты легко изго­товить совместно со студентами во время летних практик. Для дан­ной лабораторной работы необходим один макет «дерева», где собраны до 5—6 видов лишайников. На занятии студент с помо­щью палетки оценивает степень проективного покрытия «ствола дерева» лишайниками. Для выполнения работы по второму мето­ду (оценка с помощью биотического индекса) необходимо изготовить карточки-стенды с 10 индикаторными видами лишайни­ков. Студенты с помощью определителей идентифицируют ли­шайники. По табл. 1.3 находят биотический индекс и класс качества воздуха.

 

 

Лабораторная работа № 21

Определение загрязнения воды в водоеме

Цель работы: оценить экологическое состояние водоема по определению температуры и органолептических характеристик воды.

Материалы и оборудование: термометр, колба вместимостью 250 мл с пробкой, пробирка высотой 15-20 см, шкала миллиметровая или линейка.

Ход работы

I. Определение температуры

1. Погрузите термометр непосредственно в воду водоема не менее, чем на одну треть шкалы и выдержите в погруженном состоянии не менее 5 минут. Не вынимая термометра из воды, произведите отсчет показаний (с точностью до половины минимального деления).

2. Определите температуру воды в нескольких местах водоема, отстоящих друг от друга не менее, чем на несколько сот метров.

3. Рассчитайте разницу в значениях температуры.

Примечание. При наличии впадающих в водоем притоков (сточных канав, ручьев, речек) определите температуру также в зонах смешения воды в местах их впадения в водоем.

II. Определение запаха

1. Заполните колбу водой на 1/3 объема и закройте пробкой.

2. Взболтайте содержимое колбы.

3. Откройте колбу и осторожно, неглубоко вдыхая воздух, сразу же определите характер и интенсивность запаха. Если запах сразу не ощущается или запах неотчетливый, испытание можно повторить, нагрев воду в колбе до температуры 60⁰С (подержав колбу в горячей воде).

Определение интенсивности запаха

Интенсивность запаха определите по пятибалльной системе согласно таблице 1.

Таблица 1

Определение интенсивности запаха

Интенсивность запаха	Характер проявления запаха	Оценка интенсивности запаха
Нет	Запах не ощущаеся
Очень слабая	Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании (при нагревании воды)
Слабая	Запах замечается, если обратить на это внимание
Заметная	Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде
Отчетливая	Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья
Очень сильная	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению

 

 

Характер запаха определите по таблице 2.

Таблица 2

Определение характера запаха

Характер запаха
Естественного происхождения:	Искусственного происхождения:
неотчетливый (или отсутствует)	неотчетливый (или отсутствует)
землистый	нефтепродуктов (бензиновый)
гнилостный	хлорный
плесневый	уксусный
торфяной	фенольный
травянистый	другой (укажите, какой)
другой (укажите, какой)

 

 

III. Определение цветности

1. Заполните пробирку водой до высоты 10–12 см.

2. Определите цветность воды, рассматривая пробирку сверху на белом фоне при достаточном боковом освещении (дневном, искусственном).

Подчеркните наиболее подходящий оттенок из приведенных в таблице 3 либо заполните свободную линейку в таблице.

Таблица 3

Определение цветности воды

Цветность воды
Слабо-желтоватая
Светло-желтоватая
Желтая
Интенсивно-желтая
Красно – коричневатая
Другая (укажите, какая)

 

IV. Определение мутности

1. Заполните пробирку водой до высоты 10-12 см.

2. Определите мутность воды, рассматривая пробирку сверху на темном фоне при достаточном боковом освещении (дневном, искусственном). Подчеркните нужное в таблице 4.

Таблица 4

Определение мутности

Мутность воды
Слабо опалесцирующая
Опалесцирующая
Слабо мутная
Мутная
Очень мутная

 

V. Обработка результатов и выводы

1. Занесите полученные результаты в таблицу 5. Приведите данные для каждой точки отбора пробы (каждого анализа).

Таблица 5

Характеристика	Единица измерения	Значения
Температура	^0С
Максимальная разность температур в точках отбора	^0С
Запах: характер: интенсивность	Словесное описание Баллы
Цветность	Словесное описание
Мутность	Словесное описание

2. Сделайте выводы об экологическом состоянии водоема (качестве воды) по проанализированным показателям.

 

 

Лабораторная работа № 22

Исследование радиационного загрязнения окружающей среды

Цель работы: сформировать представление о сущности и биологическом действии ионизирующих излучений, нормировании и обеспечении радиационной безопасности.

Материалы и оборудование: ручной дозиметр любой марки.

Краткая теория:

Ионизирующим излучением называют любое излучение, прямо или косвенно вызывающее ионизацию среды. Ионизирующие излучения возникают в процессе естественного спонтанного распада атомных ядер радионуклидов или могут быть получены искусственно. Радионуклиды – общее название группы химических элементов или их изотопов, имеющих нестабильные атомные ядра, способные самопроизвольно распадаться с испусканием характерных излучений.

Естественное ионизирующее излучение складывается из излучения, приходящего из космического пространства (солнечное и галактическое) и излучения от радионуклидов, рассеянных в земной коре, воздухе, воде и внутри живых организмов. Искусственное ионизирующее излучение создаётся за счёт действия антропогенных факторов: разработка радиоактивных руд, сжигание минерального сырья, ядерные взрывы (военные и в мирных целях), применение радионуклидов в науке и различных отраслях хозяйства (медицина, энергетика и др.), ядерно-технические установки (подводные лодки и др.), аварии на атомных электростанциях и предприятиях, обращение радиоактивных отходов.

Естественная радиация не оказывает неблагоприятного влияния на живые организмы, населяющие биосферу, поскольку они к ней приспособлены. Опасность для живых организмов создаёт искусственное ионизирующее излучение, являющееся источником радиационного и радиоактивного загрязнения биосферы: радиационное обусловлено действием ионизирующих излучений, радиоактивное связано с превы-шением естественного уровня содержания радионуклидов в окружающей среде.

Ионизирующие излучения бывают двух типов:

1. Фотонные, представляющие собой коротковолновые электромагнитные колебания:

– гамма (γ): λ ≤ 1 Å;

– рентгеновское: λ = 0,06 – 20 Å.

2. Корпускулярные, состоящие из элементарных частиц, заряженных положительно или отрицательно, либо нейтральных:

– альфа (α): поток ядер атомов ⁴He, состоящих из 2-х протонов и 2-х нейтронов и с положительным зарядом, равным двум элементарным зарядам (Элементарный заряд равен заряду одного электрона: e = 1,6·10^–19 Кл.);

– бета (β): поток электронов и/или позитронов (частиц с массой, равной массе электрона, но положительным зарядом);

– нейтронное: поток нейтронов (незаряженных элементарных частиц);

– протонное излучение ускорителей и др.

Естественными видами ионизирующих излучений являются α-, β- и γ-излучения, остальные получают искусственно в специальных устройствах (рентгеновская трубка, ускорители заряженных частиц – циклотроны, фазотроны, синхро-фазотроны и др.)

Биологическое действие ионизирующих излучений заключается в том, что поглощённая живым организмом энергия расходуется на разрыв химических связей и разрушение клеток живой ткани. Основными характеристиками ионизирующих излучений, определяющими эффект их воздействия на биологические объекты, являются ионизирующее действие и проникающая способность. Ионизирующее действие заключается в том, что при прохождении излучения по тканям живого организма нейтральные атомы и молекулы, входящие в состав тканей, приобретают положительный или отрицательный заряд, превращаясь, таким образом, в ионы. Проникающая способность представляет собой способность ионизирующих излучений проникать в глубину тканей живого организма.

Ионизирующее действие излучений возрастает, а проникающая способность падает в ряду:

гамма (γ) → рентгеновское → нейтронное → бета (β) → альфа (α)

Действие ионизирующих излучений на организм называют облучением. Облучение может быть внешним и внутренним. Внешнее облучение представляет собой облучение от источника, находящегося вне организма. Внутреннее облучение наблюдается при попадании радионуклидов внутрь организма (с воздухом, водой, пищей). Внутреннее облучение во много раз опаснее внешнего, так как в этом случае облучение непрерывно и ему подвергаются практически все органы. При внешнем облучении опасность ионизирующего излучения прямо пропорциональна его проникающей способности, при внутреннем – ионизирующему действию.

В результате облучения внутри тканей живого организма протекают сложные процессы, которые делят на два этапа:

1. Первичные или пусковые процессы, протекающие в начальный момент облучения в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата. Их осуществление идет постадийно:

– физическая стадия (t ≈ 10–13 c) – поглощение энергии излучения, сопровождаемое ионизацией (отрыв электрона от атома) и возбуждением (переход электрона на более удалённую от ядра орбиту) атомов в молекулах биологической ткани;

– физико-химическая стадия (t ≈ 10–10 c) – перераспределение избыточной энергии возбуждённых атомов, в результате чего происходит разрыв химических связей и появление частиц, обладающих высокой химической активностью – свободных радикалов и др.;

– химическая стадия (t ≈ 10–6 c) – взаимодействие продуктов предшествующих реакций (ионов, свободных радикалов и пр.) друг с другом, а также с окружающими их молекулами биологической ткани, что приводит к возникновению биологически активных соединений, разрушающих структуру живой клетки, и вызывает, таким образом, её гибель.

2. Развитие лучевых эффектов, являющихся следствием изменений на клеточном уровне и заключающихся в нарушении нормального течения биохимических реакций, обмена веществ и изменении структуры и функций отдельных органов и систем живого организма. Выделяют следующие типы лучевых эффектов:

– соматические (телесные) – развиваются в ранние сроки после облучения: лучевые ожоги, катаракта глаз, острая и хроническая лучевые болезни;

– соматико-стохастические (вероятностные) – развиваются в отдалённые сроки после облучения: нарушение кроветворения (лейкемия, лейкозы и др.), сокращение продолжительности жизни, злокачественные новообразования, эмбрио-токсический и тератогенный эффекты;

– генетические – наследственные изменения: генные мутации и хромосомные аберрации.

Биологическое действие ионизирующих излучений имеет ряд особенностей:

1) Неощутимость действия на организм человека. У людей отсутствуют органы чувств, которые воспринимали бы ионизирующие излучения. Поэтому человек может вдохнуть, проглотить радионуклид без всяких первичных ощущений.

2) Наличие латентного (скрытого) периода проявления лучевого поражения. Видимые изменения кожных покровов, недомогание, характерные для лучевого заболевания, проявляются не сразу, а спустя некоторое время.

3) Наличие эффекта суммирования поглощённых доз, которое происходит скрыто. Если в организм человека систематически будут попадать радиоактивные вещества, то со временем дозы суммируются, что неизбежно приводит к лучевым поражениям.

4) Поражающие свойства радионуклидов не могут быть уничтожены ни химическим, ни каким-либо другим способом, так как процесс радиоактивного распада не зависит от внешних факторов.

Для количественной оценки облучения используются следующие величины: активность радионуклида; экспозиционная, поглощённая, эквивалентная (эффективная) дозы. Активность радионуклида – это мера его количества, выраженная числом актов ядерного распада в единицу времени:

где N_A = 6,02·10²³ – число Авогадро; m – масса радиоактивного изотопа; M – молекулярная масса изотопа; λ – радиоактивная постоянная радионуклида, характеризую-щая вероятность распада на одно ядро в единицу времени.

Экспозиционная доза – это суммарный электрический заряд (dQ) ионов одного знака, образующихся в единице объёма сухого воздуха с массой dm в условиях электронного равновесия:

Поглощённая доза ионизирующего излучения – это величина средней энергии излучения (dε), переданной им объёму вещества в пересчёте на единицу массы (dm) этого объёма:

Эквивалентная доза ионизирующего излучения – это произведение поглощённой дозы на средний коэффициент опасности (коэффициент качества, W_R) вида ионизирующего излучения в данном элементе объёма биологической ткани:

H = DW_R

Коэффициент качества является безразмерным числом и характеризует относительную биологическую эффективность вида ионизирующего излучения. Величина коэффициента качества зависит от энергии излучения и может составлять от 1 до 20.

Эффективная эквивалентная (или просто эффективная) доза облучения – это сумма произведений эквивалентных доз в различных органах и тканях и соответствующих коэффициентов риска (взвешивающих коэффициентов, W_Т) для тканей организма:

Взвешивающие коэффициенты учитывают разную чувствительность органов и тканей организма к излучению, их сумма всегда равна 1.

Мощностью дозы называют отношение приращения дозы ионизирующего излучения за интервал времени к этому интервалу.

Единицы измерения активности и доз ионизирующих излучений:

Беккерель (Бк) – единица активности радионуклида (в СИ), равная активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит спонтанный распад одного атомного ядра: 1 Бк = 1 расп/с.

Кюри (Ки) – единица активности радионуклида, равная активности нуклида, в котором за время 1 с происходит 3,7·10¹⁰ ядерных превращений: 1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк.

Кулон/килограмм (Кл/кг) – единица экспозиционной дозы (в СИ), равная экспозиционной дозе, при которой все электроны и позитроны, освобождённые фотонами в воздухе массой 1 кг, производят ионы, несущие электрический заряд 1 Кл каждого знака.

Рентген (Р) – единица экспозиционной дозы, соответствующая образованию в 1 см³ сухого атмосферного воздуха при н.у. 2,082 млрд. пар ионов обоих знаков: 1 Р = 2,58·10^-4 Кл/кг.

Грей (Гр) – единица поглощённой дозы (в СИ), равная энергии в 1 джоуль, переданной излучением веществу массой 1 кг: 1 Гр = 1 Дж/кг.

Рад (рад) – единица поглощённой дозы, равная энергии в 100 эрг, переданной излучением веществу массой 1 г: 1 рад = 0,01 Гр.

Зиверт (Зв) – единица эквивалентной (эффективной) дозы (в СИ), равная поглощённой дозе излучения, производящей такое же биологическое действие, как доза рентгеновского излучения в 1 Гр: 1 Зв = 0,05 Дж/кг для α-излучения и 1 Зв = 1 Дж/кг для всех остальных видов излучения.

Бэр (бэр) – единица эквивалентной (эффективной) дозы, равная поглощённой дозе любого вида ионизирующего излучения, имеющей такую же биологическую эффективность, как 1 рад рентгеновского излучения со средней удельной ионизацией 100 пар ионов на 1 мкм пути в воде: 1 бэр = 0,01 Зв.

Нормирование ионизирующих излучений исходит из концепции, что абсолютно безопасных уровней облучения нет. Основными нормативными документами, регламентирующими уровни воздействия ионизирующих излучений на территории Российской Федерации с 02.07.1999 являются "Нормы радиационной безопасности НРБ-99" и "Санитарные правила СП 2.6.1.758-99".

В соответствии с НРБ-99 выделяют следующие категории и группы облучаемых лиц:

1. Персонал – лица, постоянно или временно работающие непосредственно с источниками ионизирующих излучений (группа А) и лица, по условиям работы испытывающие их воздействие (группа Б).

2. Население – всё остальное население страны, республики, области или края, включая персонал вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для указанных категорий облучаемых лиц предусматриваются три класса нормативов: основные пределы доз (см. табл. 1); допустимые уровни; контрольные уровни. Основные пределы доз не включают в себя: дозу, обусловленную естественным радиационным фоном (для России составляет в среднем 2 мЗв в год); дозу, получаемую пациентом при медицинском обследовании и лечении; дозы вследствие радиационных аварий. Для обнаружения ионизирующих излучений, измерения их энергии и других характеристик используются различные приборы и устройства: сцинтилляционные счетчики, счетчики Гейгера-Мюллера, ионизационные камеры, камеры Вильсона, рентгенометры, радиометры, дозиметры.

Таблица 1

Основные пределы доз по НРБ-99

Нормируемая величина	Категория облучаемых лиц
Персонал (группа А)	Население
Мощность эффективной дозы	20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год	1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год

 

Обеспечение радиационной безопасности предопределяется комплексом многообразных защитных мероприятий, в основе которых лежат следующие основные принципы:

1) Защита количеством – уменьшение мощности источников до минимальных величин;

2) Защита временем – сокращение времени работы (контакта) с источниками;

3) Защита расстоянием – увеличение расстояния от источников до работающих людей;

4) Защита экранированием – экранирование источников излучения материалами, поглощающими ионизирующие излучения (свинец, железо, бетон, бор- и свинецсодержащее стекло и др.).

Ход работы

1. Перед началом выполнения работы необходимо ознакомиться с инструкцией по эксплуатации дозиметра.

2. Провести не менее 5 измерений мощности эффективной дозы (МЭД) внешнего гамма-излучения по каждому объекту и занести их в столбец 3 таблицы 2.

3. Вычислить среднее арифметическое значение МЭД путём деления суммы показаний дозиметра на их количество. Результат занести в столбец 4 таблицы 2.

4. Перевести полученную величину в нормируемые единицы (мк^Зв/ч в м^Зв/год), приняв среднее количество часов в году t = 8760 ч. Результат расчётов занести в столбец 5 таблицы 2.

5. Выводы. Сопоставить фактические и допустимые значения МЭД внешнего гамма-излучения по каждому исследованному объекту. Сделать вывод о соответствии радиационного фона объекта нормам радиационной безопасности (НРБ-99).

Таблица 2

Результаты измерений

№ п/п	Объект измерения	Измеренные значения МЭД, мкЗв/ч	Усреднённые значения МЭД	Допустимое значение МЭД по НРБ-99 для населения
мкЗв/ч	мЗв/год