Пользуясь схемой 2, учащиеся самостоятельно смогут рассказать об изменениях, происходящих в водной среде при попадании в нее ионов водорода, и их влиянии на рН воды. Для этого изготавливаются карточки с различными значениями водородного показателя (рН = 6,5; рН = 6,0; рН = 5,6; рН = 5,0; рН = 3,5) для водной среды (см. схему 1, динамическая часть).

Схема 2

Реакция гидробионтов на понижение значений рН

в пресноводных водоемах

По мере понижения значения рН со схемы 1 снимают изображения организмов, гибнущих при подкислении воды. При рН = 6,0 исчезает изображение моллюсков, их считают хорошими индикаторами загрязнения. Моллюски ведут донный образ жизни, причем прикрепляются к определенным участкам дна. Если этот участок подвержен воздействию загрязняющих веществ (например, тяжелых металлов), то этот загрязнитель попадает и в организм моллюсков. В Красную книгу РСФСР были занесены 15 видов моллюсков, относящихся к родам жемчужница и перловица [6]. Затем при рН = 5,6 с изображения водоема снимают одну рыбу, фито- и зоопланктон и одну водоросль. При достижении рН = 5,0 с изображения водоема убирают вторую рыбу и водоросли. При рН = 3,5 все нормальные формы жизни в водоеме исчезают и развиваются патогенные организмы (белый мох). На водоем наносится карточка с изображением белого мха.

Губительное действие закисления водоемов на различные виды рыб начинается с рН ~ 6,0, при котором погибают форель, лосось, плотва, поэтому с динамической схемы 1 можно снять изображение одной из рыб. Окунь, щука, сиг, хариус, угорь более устойчивы к кислотному воздействию, и их изображение удаляется со схемы при рН ~ 5,0.

В Красную книгу занесены следующие виды рыб: байкальский осетр, волховский сиг, байкальский белый хариус, обыкновенный подкаменщик [см. 6].

Необходимо отметить, что на гибель рыб влияет не только закисление водоема, но и ионы тяжелых металлов (Рb2+, Нg2+, Сd2+) и алюминия, которые появляются в водоеме из нерастворимых соединений. Символы этих ионов наносят на изображения водоема (см. схему 1) при рН = 5,0, снимая изображение второй рыбы. Чрезвычайно токсично действуют на рыб (особенно их икру и мальков) ионы алюминия, содержание которых быстро нарастает в водоемах за счет взаимодействия гидроксида алюминия придонных пород с кислотой:

Почва – это особое природное образование, формирование и функционирование которого невозможно без микроорганизмов, жизнедеятельность последних зависима от рН среды. Основным органическим веществом почвы, содержащим питательные вещества, необходимые высшим растениям, является гумус – смесь гумусовых кислот (гуминовых и фульвокислот), гумина и ульмина. Он образуется в результате разложения бактериями-сапрофитами остатков растений и животных.

Чтобы сделать доступным для питания растений основные запасы азота в гумусе, необходимо разложить органическое вещество почвы. Процесс превращения органического азота почвы в – аммонификация – осуществляется гетеротрофными микроорганизмами1.

Биологическое окисление до называется нитрификацией и происходит в природе при участии автотрофных бактерий2.

К биологической азотфиксации – процессу восстановления молекулярного азота до аммиака при помощи фермента нитрогеназы – способны как свободно живущие микроорганизмы, так и симбиотические клубеньковые бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых и некоторых других растений.

Для демонстрации негативного воздействия кислотных осадков на микроорганизмы почвы на статическую часть схемы 1 наносят дождевые капли с ионами Н+ около обозначений групп бактерий с надписями «Бактерии-сапрофиты» и «Азотфиксирующие бактерии». Последние прикрепляют оборотными сторонами, на которых соответственно написано: «Накопление неразложившегося органического вещества» и «Обеднение почвы азотом».

Необходимо рассмотреть влияние кислотных осадков на различные породы деревьев. Для этого на схеме 1 изображено хвойное дерево, т. к. именно эти деревья наиболее подвержены влиянию кислотных осадков [см. 1]. При этом происходит усыхание и опадение хвои, что может привести к гибели растения, что и показано заменой здорового дерева на больное.

Кислотные осадки оказывают непосредственное и косвенное влияние на сокращение численности популяций птиц.

Для подробного рассмотрения этого аспекта воздействия кислотообразующих выбросов на биосферу, обратимся к схеме 3 «Воздействие кислотных осадков на численность популяций птиц».

Схема 3

Воздействие кислотных осадков

на численность популяций птиц

Здесь изображены три вида птиц: сизоворонка, белая куропатка и скопа, которые занесены в Красные книги России и Подмосковья.

Непосредственное воздействие кислотных осадков на численность популяций птиц заключается в разрушении ими яичной скорлупы в кладках, приводящее к гибели птенцовых эмбрионов. Наиболее подвержены этому неблагоприятному фактору среды виды птиц, открыто гнездящихся на поверхности земли. К таковым относятся сизоворонка и белая куропатка [7]. Яичная скорлупа в основном состоит из карбоната кальция (91,6–95,7%) [8], который легко разрушается при подкислении среды:

Написанное на схеме 3 уравнение предварительно можно закрыть плотным листом бумаги и попросить ребят самостоятельно его составить. При проверке лист бумаги снимается.

Необходимо сказать и об опосредованном влиянии кислотных осадков на жизнедеятельность птиц. Оно происходит через цепи питания птиц с узкой пищевой специализацией, например питающихся свежей рыбой. Типичными представителями этих видов являются птицы, занесенные в Красную книгу РСФСР: белоклювая гагара, розовый пеликан, кудрявый пеликан, хохлатый баклан, малый баклан, колпица, каравайка, скопа, орлан-белохвост, стерх, черноголовый хохотун, рыбный филин [см. 6]. На схеме 3 изображена птица скопа, рядом с которой – рыба, перевернутая брюхом вверх, что обозначает уменьшение пищевых ресурсов; изображение другой рыбы с ионами тяжелых металлов (Нg2+, Рb2+, Сd2+) показывает отравление птицы через цепь питания.

Большим преимуществом динамической схемы 1 является возможность действовать в обратном порядке.

Разобрав на уроке способы предотвращения попадания кислотных выбросов в атмосферу и устранения последствий их воздействия на природу, можно с использованием динамической схемы 1 показать, как происходит улучшение экологической ситуации.

Эта методика использования динамического средства наглядности совершенствует способность моделировать ситуации, развивает позитивное экологическое мышление.