Металлы в окружающей среде и здоровье человека
Цели урока. 1. Сформировать у учащихся представления о специфических свойствах металлов и их двойственной роли в природной среде, о последствиях техногенного воздействия металлов или их соединений на биологические системы.
2. Раскрыть причины загрязнения окружающей среды металлами, указать основные источники и степень загрязненности.
3. Изучить экспериментальным путем действия тяжелых металлов на биогенные системы.
4. Ознакомить учащихся с основными направлениями по предупреждению загрязнения окружающей среды металлами.
5. Развить умение строить логическую цепочку рассуждений, ведущую к формированию умозаключений, и навыки исследовательской деятельности – выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, переносить знания на новую ситуацию.
Оборудование и реактивы. Тексты сообщений учащихся, карточки с заданиями для групповой работы, инструкции для выполнения лабораторных работ, сигнальные карточки, лабораторное оборудование; раствор белка, растворы солей СuSO4, NаСl, Рb(СН3СОО)2, FeCl3, картофель.
П л а н у р о к а
I. Организационный момент.
II. Теоретическая часть.
1. Вступительное слово учителя (постановка проблемы урока).
2. Сообщения учащихся: «Kраткая характеристика полезных ископаемых и промышленности Зауралья», «Причины, источники и объемы загрязнения окружающей среды металлами», «Автомобиль и окружающая среда», «Двойственная роль металлов в природе», «Содержание ионов Рb 2+ и Fе 2+ в снеге и в почве на различных территориях нашего села», «Окружающая среда и здоровье населения».
III. Практическая часть.
1. Лабораторная работа «Исследование влияния ионов тяжелых металлов на биологические системы».
2. Групповая работа «Решение задач с экологическим содержанием».
IV. Проверка знаний (экспресс-опрос).
V. Подведение итогов.
I. Организационный момент
II. Теоретическая часть
1. Вступительное слово учителя
Загрязнение окружающей среды – бич нашего времени. Недаром 2004 г. был объявлен годом защиты и охраны окружающей среды. Экологические проблемы уже в течение многих последних лет не только не теряют своей актуальности, но с каждым годом становятся острее. Поэтому задачи сегодняшнего урока:
1) раскрытие причин загрязнения окружающей среды металлами, определение основных источников и степени загрязненности;
2) изучение экспериментальным путем действия тяжелых металлов на биогенные системы;
3) ознакомление с основными направлениями по предупреждению загрязнения окружающей среды металлами.
Ваша задача – в конце урока-конференции подготовить репортаж о нем, т. е. выступить в роли журналиста. А журналист должен понимать то, о чем он пишет. Поэтому на уроке будьте активны и внимательны. Итак, слушаем сообщения учащихся.
2. Сообщения учащихся
1-й ученик. Загрязнение окружающей среды, грозящее порой экологической катастрофой, заставляет многих специалистов задуматься: в какой же экологической нише мы живем, что пьем, чем дышим? И эти вопросы становятся со временем лишь острее, а их решение – проблематичнее.
В связи с развитием цветной металлургии, сельского хозяйства, автотранспорта постоянно растет насыщение биосферы Зауралья тяжелыми металлами. По рельефу и составу полезных ископаемых Башкирское Зауралье отличается от других уголков республики. Здесь имеются месторождения медно-колчеданных и медно-кобальтовых руд, золота, небольшие залежи руд марганца и хрома, широко представлены разноцветные яшмы, песчаники, известняки. В настоящее время здесь работают предприятия по добыче и обогащению медно-колчеданных руд и по добыче золота.
Башкирское ЗауральеСибайский промышленный узел включает в свой состав, кроме Сибая, Баймак и рудничный поселок Семеновский. Этот узел имеет ряд серьезных проблем. Добываемая здесь руда является комплексным сырьем. В ней содержится до 20 полезных веществ. В настоящее время из сибайских обогащенных медно-колчеданных руд на предприятиях цветной металлургии Урала выплавляют медь и частично извлекают цинк, золото, серебро. А остальные компоненты руды (железо, редкие металлы, сера) не используются.
Разработка медно-колчеданных руд здесь ведется карьерным способом. В отвалах скапливается такое количество отходов от обогащения руды, что можно говорить о появлении искусственных гор, созданных человеческой деятельностью.
Установлено, что 70–75% всех производимых отходов приходится на горную отрасль промышленности.
Существует четкая закономерность: чем меньше объем производства металла, тем больше отходов образуется при получении его из руды. Так, при получении 1 т железа из богатых железом руд образуется 1 т пустой породы, а из бедных железом руд на такое же количество выплавленного металла – уже 2 т пустой породы. Для цветных металлов количество отходов еще больше: на 1 т свинца – 30 т пустой породы, никеля – 100 т, меди – 200–300 т, олова –500–1000 т. В отвалах теряется более 15% меди, 50% цинка, 13–14% благородных металлов.
2-й ученик. Наряду с горно-рудной промышленностью основным источником загрязнения биосферы Зауралья является автотранспорт, парк которого непрерывно растет. В состав выхлопных газов автотранспорта входит более 200 компонентов, тогда как нормируются лишь немногие из них. Наиболее опасным является свинец.
При сгорании этилированного бензина 50–75% свинца, находящегося в топливе, выделяется вместе с выхлопными газами. Соли свинца находятся в атмосфере в виде тончайшей взвеси и свободно проникают в организм человека, оседают на почве и растительности.
Примерно половина такого свинца концентрируется вблизи шоссе и оживленных городских улиц. Здесь содержание в почве свинца превышает его фоновое значение в 22 раза, кобальта – в 10 раз, цинка – в 28 раз, меди – в 100 раз. Из почвы металлы попадают в растения.
В овощах, выращенных на расстоянии 100–500 м от предприятия цветной металлургии, свинца содержится в 5–10 раз больше, чем на более удаленных участках. Накапливать металлы способны также грибы, водоросли, моллюски, рыбы. Например, в карпах, выращенных в прудах вблизи автомагистралей, концентрация свинца может превышать допустимые значения в 3 раза. В среднем за год один автомобиль выделяет 2,5–3 кг свинца.
3-й ученик. Загрязнение окружающей среды металлами наносит вред живым организмам: металлы проявляют двойственный характер в природной среде в зависимости от концентрации. Завышенное или заниженное содержание их в организме может вызывать различные болезни. Биосфера Зауралья насыщена такими металлами, как медь, свинец, кобальт, никель, железо, ртуть, и их соединениями.
Например, медь в организме человека, как и железо, играет важную роль в поддержании нормального состава крови. Присутствие меди необходимо для активизации железа, накопленного в печени, в противном случае оно не сможет участвовать в образовании гемоглобина. Медь относится к группе высокотоксичных металлов. Ионы меди при избытке их в организме способны блокировать SН-группы белков, в особенности ферментов, т.е. нарушать их каталитическую функцию.
Соли меди повышают проницаемость мембран митохондрий, разрушают эритроциты, вызывают расстройства нервной системы, печени, почек, снижение иммунобиологической реактивности, поражение зубов и слизистой рта, язвенную болезнь желудка. Соединения меди весьма токсичны для всех представителей флоры и фауны. В природных водоемах их токсическое действие проявляется по-разному. В жесткой воде оно выражено слабее, чем в мягкой, поскольку часть ионов меди связывается в ней в виде карбонатов и остается недоступной для гидрокарбонатов. В почве соединения меди угнетают активность нитрифицирующих бактерий, задерживая минерализацию азота, и тем самым снижают урожай сельскохозяйственных культур, вызывают хлороз у растений, а также гибель земляных червей, вследствие чего почва теряет структуру. Биоиндикаторами на соединения меди при загрязнении ими среды могут служить птицы (изменение перьевого покрова), сине-зеленые водоросли, моллюски, черви (изменение внешнего вида или гибель).
4-й ученик. Цинк – важный микроэлемент. Он входит в состав крови и мышечной ткани, является катализатором многих реакций. Цинк входит в состав инсулина – гормона поджелудочной железы, регулирующей содержание сахара в крови, участвует в переносе углекислого газа в крови позвоночных. При дефиците цинка в организме возможен диабет, кожные заболевания. Высокие концентрации цинка вызывают мутации и онкологические заболевания. Нельзя пить воду, долго хранившуюся в оцинкованной посуде, т. к. накапливающиеся в ней ионы цинка отрицательно воздействуют на желудочно-кишечный тракт.
5-й ученик. Все соединения свинца и сам металл ядовиты. В организме человека свинец удерживается белками эритроцитов, затем поступает в плазму крови. Поражение десен, расстройство желудка, заболевания почек, сосудов, центральной нервной системы, угнетение синтеза белка, отрицательное воздействие на генетический аппарат клетки – результат отравления свинцом.
6-й ученик. Kобальт – незаменимый микроэлемент, он входит в состав витамина B12 и ряда ферментов. В повышенных концентрациях кобальт весьма токсичен. Он понижает артериальное давление, нарушает функции печени, щитовидной железы, углеводный обмен, увеличивает содержание молочной кислоты в мышечной ткани (причины утомляемости), тормозит переваривание жиров. Высокие дозы кобальта инактивируют ферменты окислительно-восстановительного ряда, угнетают дыхание тканей костного мозга, печени, почек, процессы кроветворения.
7-й ученик. Металлом, особенно опасным для биосферы, является ртуть. Испаряясь при комнатной температуре, она проникает в организм через кожу и органы дыхания в виде ртутных паров. Ртуть разрушает печень, почки, зубы, образуются язвы, поражается центральная нервная система. Если металлическая ртуть оказалась разлитой в помещении, следует засыпать ее порошком серы или залить раствором хлорида железа(III).
Учитель. В последние два года мы изучали экспериментальным путем содержание ионов тяжелых металлов в окружающей нас среде. Об этом следующий рассказ.
8-й ученик. Мы исследовали содержание ионов тяжелых металлов Pb 2+ и Fe 3+ в снеге и почве. Пробы снега и почвы для опытов отбирали в различных местах. Результаты показали, что концентрация ионов этих металлов в почве больше, чем в снеге. Это можно объяснить тем, что снег накапливает загрязняющие вещества в течение сезона, а почва – из года в год. На территориях, близлежащих к промышленным объектам, содержание ионов этих металлов больше, чем на отдаленных от них территорияx, что соответствует литературным данным (табл. 1).